/
Author: Рембовский А.М. Ашихмин А.В. Козьмин В.А.
Tags: электротехника радиолокация радиотехника радиомониторинг
ISBN: 978-5-9912-0107-0
Year: 2010
Text
A. M. Ремйовский
Л. I. Дшихмин
В. А. Козьмин
u *
Радиомониторинг
задачи, методы, средства
I издание
Гортннш
1 И. Рембовский
1 В. Ашиммин
I. А. Козьмин
Ращомоншоринг
задачи, методы, средства
2-е издание,
переработанное
и дополненное
Под редакцией доктора техн, наук
А. М. Рембовского
Москва
Горячая линия - Телеком
2010
УДК 621.396.67
ББК 32.95
Р37
зам. &/S
Рецензент, доктор техн, наук, профессор В. В. Быков
Рембовский А. М., Ашихмин А. В., Козьмин В. А.
Р37 Радиомониторинг — задачи, методы, средства / Подред. А.М. Рембовского.
2-е изд., перераб. и доп. — М,‘ Горячая линия-Телеком, 2010 —624 с., ил
ISBN 978-5-9912-0107-0.
Рассмотрены типовые задачи, решаемые с помощью средств радио-
мониторинга в самых различных областях — от управления использовани-
ем радиочастотного спектра до контроля радиообстановки при проведе-
нии контртеррористических операций. Изложены теоретические и практи
ческие вопросы построения и функционирования радиотехнических систем
радиомониторинга и технической защиты информации, в том числе авто-
матизированных стационарных и мобильных систем пеленгования, опре-
деления местоположения источников радиоизлучения, измерения парамет-
ров сигналов, выявления радиоизлучений и утечек информации, проведе-
ния специальных исследований. Рассмотрены математические методы и
программное обеспечение для выявления и анализа радиоизлучений, из-
мерения параметров сигналов и помех, напряженности электромагнитного
поля или плотности потока мощности, определения положения источников
радиосигналов и радиопомех, а также решения других задач радиомони-
торинга. Проанализированы особенности построения современных однока-
нальных и многоканальных широкополосных цифровых панорамных измери
тельных радиоприемников и радиопеленгаторов, анализаторов параметров
сигналов, в том числе GSM и CDMA. Показано влияние конструктивного ис-
полнения аппаратуры на скорость, чувствительность, помехоустойчивость
и точность выполнения измерений.
Во втором издании книги добавлены материалы по построению и тех-
ническим характеристикам унифицированных измерительных приемников
семейства «Аргамак» и радиопеленгаторам семейства «Артикул», по разра
боткам анализаторов сигналов базовых станций сотовой радиосвязи и инте-
грированным радионавигационным системам мобильных станций радиомо-
ниторинга. Рассмотрены примеры применения средств радиомониторинга
для радиочастотной и железнодорожной служб, экологического контроля
Переработан по итогам новых исследований и разработок раздел, посвя-
щенный специальным исследованиям ПЭМИН.
Для специалистов в области радиомониторинга, операторов и руково-
дителей радиоконтрольных служб, сотрудников силовых ведомств и служб
безопасности государственных и коммерческих структур. Будет полезна
студентам и аспирантам.
Табл. 47. Ил. 313. Библиогр.: 208 назв. ББК 32.95
ISBN 978-5-9912-0107-0
© ЗАО «ИРКОС», 2006, 2010
© Оформление издательства
«Горячая линия-Телеком», 2010
Предисловие
Аппаратура автоматизированного радиомониторинга (АРМ) получи-
нн широкое применение как инструмент решения задач в самых раз-
ни пнях областях от управления использованием радиочастотного спек-
i|Hi (РЧС) до контроля радиообстановки при проведении контртерро-
рн< i ических операций Она служит базой технических мероприятий
по противодействию несанкционированному съему информации, в том
пн нг специальных исследований побочных электромагнитных излуче-
нии и наводок (ПЭМИН).
11еречень задач, решаемых с помощью средств АРМ, включает вы-
мпнепие и анализ радиоизлучений для идентификации источников сиг-
ншюв и помех, измерение параметров сигналов и помех, оценку их
мпаспости или ценности для пользователя, измерение напряженности
н|екфомагнитного поля или плотности потока мощности, определение
ипиожения источников радиосигналов и радиопомех на местности.
11ри мероприятиях по контролю эффективности средств защиты ин-
формации в контролируемых зонах (помещениях) различных ведомств и
К1ммерческих учреждений основными функциями АРМ являются посто-
ипное или периодическое наблюдение за эфиром в широком диапазоне
'|,ц ют, оперативное обнаружение, анализ и локализация потенциаль-
ных или специально организованных радиоканалов утечки информации.
Н частности, аппаратура АРМ позволяет проводить проверку радиотех-
нических устройств и вычислительной техники на наличие и уровень
II;»МИН, представляющих интерес для последующего контроля радио-
( редствами, а затем и оценку эффективности мер по предотвращению
шектромагнитного доступа к конфиденциальным данным (например,
•кранирование, зашумление).
В данной книге приведены справочные сведения и рекомендации
по методам и средствам решения вышеперечисленных задач, отра-
жен опыт разработки и даны классификация и подробное описание со-
временных высокопроизводительных аппаратно-программных средств
АРМ, в том числе для обнаружения, радиопеленгования, измерения па-
раметров и технического анализа, идентификации и локализации ис-
।очников электромагнитного поля. Рассмотрены примеры построения
и применения аппаратуры и программного обеспечения АРМ в слож-
ной помеховой обстановке в промышленных центрах, внутри зданий
и на открытой местности.
Книга подготовлена с привлечением материалов открытой отече-
ственной и иностранной печати, а также по итогам научно-исследова-
юпьских и опытно-конструкторских работ, проведенных специалистами
компании ИРКОС под руководством и при непосредственном участии
авторов.
В первой главе детально обсужден перечень задач, решаемых си-
стемами АРМ. проведен анализ номенклатуры, структуры, функций и
4
Предисловие
параметров средств АРМ, разработана системная иерархия средств,
определены состав, функции и основные технические характеристики
для каждого класса средств.
Во второй главе большое внимание уделено основным параметрам
современных радиоприемных устройств, влияющих на эффективность
решения задач АРМ. Показаны особенности построения цифровых ра-
диоприемных устройств (ЦРПУ) для диапазона радиочастот от 9 кГц до
18 ГГц Рассмотрены примеры построения и характеристики однока-
нальных и двухканальных ЦРПУ.
Третья глава посвящена математическим аспектам обнаружения уз-
кополосных сигналов и сигналов с динамическим частотно-временном
распределением (программной перестройкой рабочей частоты — ППРЧ)
одноканальной и двухканальной радиоаппаратурой.
В четвертой главе проанализированы пути решения задач АРМ на
основе использования многоканальных панорамных ЦРПУ, рассмотрены
особенности их аппаратного построения и программного обеспечения
(ПО), приведены основные технические данные
Пятая и шестая главы посвящены радиосигналам, используемым в
системах связи, радиовещания, телевидения и передачи данных, осо-
бенностям технического анализа и измерения параметров модулиро-
ванных и немодулированных сигналов. Приведены примеры измерения
параметров радиосигналов и даны рекомендации по использованию ПО
В седьмой главе дан обзор и рассмотрены теоретические основы
методов радиопеленгации и основные параметры радиопеленгационных
устройств, приведены примеры построения многофункциональной ап-
паратуры радиомониторинга и пеленгования в ВЧ, ОВЧ, УВЧ и СВЧ диа-
пазонах, показано влияние используемых ЦРПУ на эффективность пе-
ленгования.
Восьмая глава посвящена построению территориально распреде-
ленных систем радиомониторинга и определения местоположения ис-
точников радиоизлучения (ИРИ). Рассмотрено использование стацио-
нарных, мобильных, портативных и носимых средств АРМ В главе так-
же нашли отражение вопросы, связанные с системным оборудованием
станций АРМ и организацией передачи данных по каналам связи, нави-
гации и электропитания. Показаны возможности специального ПО для
обнаружения сигналов, измерения их параметров и пеленгования ИРИ
с отображением местоположения на электронной карте.
В девятой главе рассматриваются результаты сравнения несколь-
ких методов локализации источников радиоизлучения одиночной стан-
цией радиоконтроля в условиях города и загородной зоны, показыва-
ется предпочтительность амплитудно-угломерного метода местоопре-
делеийя источников на местности.
Десятая глава посвящена нескольким конкретным примерам ис-
пользования оборудования радиомониторинга для государственной ра-
диочастотной службы, на железной дороге и в экологии.
Предисловие
5
В одиннадцатой главе изложены особенности построения средств
in.(явления технических каналов утечки информации (ВТКУИ) и несанк-
ционированных ИРИ, рассмотрены методы выявления и локализации ис-
। очников радиоизлучения на контролируемых объектах, показаны при-
меры реализации аппаратно-программных систем ВТКУИ, применяемые
ни внутри помещений, так и на границе контролируемой зоны.
В двенадцатой главе рассмотрены вопросы построения радиоси-
< ЮМ для проведения специальных исследований Г1ЭМИН, рассмотрены
н*оре1ические аспекты и практические методы выявления информатив-
ных составляющих, расчета радиусов контролируемой зоны и защищен-
ное. in объектов информатизации, даны примеры аппаратуры и ПО для
< ih-циальных исследований ПЭМИН
Второе издание книги по сравнению с первым изданием было су-
щ(’с|венно переработано и дополнено новыми материалами. Так, во
пюрую главу были добавлены материалы по построению и техническим
- чракгеристикам унифицированных измерительных приемников семей-
< iii.i «Аргамак», а в седьмую — материалы по унифицированным радио-
нсненгаторам семейства «Артикул». В пятой главе существенно рас-
ширены сведения по структуре сигналов CDMA. В шестой главе появи-
ни( I. разделы по нормативным требованиям к измеряемым параметрам
радиосигналов и допустимым погрешностям измерения, рассмотрены
мгюды и средства для измерений напряженности поля с применением
цифровых геоинформационных систем, добавлены материалы по новым
p.i (работкам анализаторов сигналов базовых станций стандартов GSM и
« I )МА. В книге появилась новая глава с примерами применения средств
радиомониторинга для радиочастотной службы на железной дороге и в
н ологии. Главу, посвященную специальным исследованиям ПЭМИН,
ыкже затронула серьезная переработка, направленная на улучшение
• <• содержания по итогам новых исследований и разработок.
Материалы книги будут полезны специалистам в области радиомо-
iiHiоринга, операторам и руководителям гражданских и силовых радио-
кин рольных служб, сотрудникам служб безопасности государственных
и коммерческих структур. Книга рекомендуется сгудентам высших учеб-
ных заведений, обучающихся по направлениям подготовки дипломи-
рованных специалистов «Радиотехника» и «Информационная безопас-
ное 1ь».
Авторы будут признательны читателям за все замечания по содер-
+ .ШИЮ книги, которые следует направлять по адресу: 129085, Москва,
4иездный бульвар, д. 19, компания ИРКОС, или по электронной почте:
in l( )<4>ircos.ru.
Введение
Средства АРМ относятся к системам извлечения информации. Ап-
паратура АРМ получила широкое применение в самых различных об-
ластях [34] и развивалась теми же темпами, что и системы передачи
информации по радиоканалам. К задачам АРМ относятся плановый
контроль параметров штатных средств и измерение уровней непред-
намеренных помех, выявление нелицензионных радиопередатчиков и
определение их местоположения, измерение зон энергетического по-
крытия при оценке качества радиосвязи, определение интенсивности
использования радиочастотного ресурса. Средства АРМ также решают
задачи по информационной безопасности.
Повышенная востребованность данной аппаратуры в настоящее
время обусловлена рядом причин, одна часть которых связана с продол-
жающимся техническим прогрессом средств радиосвязи, а другая — с
изменениями экономического и политического характера, которые про-
изошли в нашей стране и в мире.
До 1992 г. загрузка диапазона радиочастот, выделение новых ча-
стот, регламент их использования достаточно эффективно и жестко кон-
тролировались соответствующими государственными службами, в том
числе службами безопасности разного уровня, причем одновременно
действовали жесткие ограничения на ввоз и использование в стране но-
вых средств радиосвязи. В этих условиях задачи АРМ решались суще-
ствующими и вновь разрабатываемыми отечественными средствами, а
смена оборудования и стандартов осуществлялась в плановом порядке.
Явное и очень резкое усложнение проблем АРМ при решении задач
радиоконтроля и технической защиты информации начало проявляться
в связи с произошедшими политическими и экономическими измене-
ниями в России с 1992 г.
Сокращение портфеля заказов крупных российских компаний, за-
нимавших ранее лидирующие позиции в разработке и производстве
средств АРМ, вызвало фактический отток ведущих специалистов и, как
следствие, резкое уменьшение вклада этих компаний в поставку со-
временного оборудования АРМ. Данное обстоятельство обусловило за-
медление выпуска качественного отечественного оборудования, отста-
вание в номенклатуре продукции, параметрах и функциональных воз-
можностях аппаратуры. В то же время в развитых зарубежных странах
развитие средств радиомониторинга шло, как и прежде, нарастающи-
ми темпами, поскольку высокая эффективность РЭС для передачи раз-
ного вида информации при постоянном снижении себестоимости сти-
мулирует быстрые темпы распространения РЭС во всех сферах чело-
веческой деятельности.
Введение
7
Усложнение радиоэлектронной обстановки (РЭО), наблюдаемое в
настоящее время в России, связано со следующими факторами:
• увеличением числа штатных телевизионных и радиовещательных
передатчиков, введением и последующей модернизацией сотовых
систем связи, интенсификацией их использования, причем этот
процесс далек от завершения;
• перегрузкой некоторых участков радиодиапазона (например, под-
диапазонов 40, 100, 400, 800 и 2450 МГц), возникающей по ряду
обстоятельств, таких, как наилучшие условия распространения ра-
диоволн, отсутствие необходимости лицензирования и т.п.;
• постоянным повышением верхней границы рабочего диапазона
РЭС (в настоящее время до 18...60 ГГц), связанным с бурным раз-
витием современных технологий;
• использованием различных типов радиосигналов — узкополосных с
фиксированным распределением частот или с динамическим час-
тотно-временном распределением излучений и широкополосных с
кодовым разделением абонентов;
• общей тенденцией повышения мощности передатчиков РЭС, про-
диктованной стремлением к увеличению их дальности действия, что
эквивалентно увеличению числа РЭС, действующих в точке рас-
положения приемника аппаратуры АРМ, и приводящей к повыше-
нию уровня непреднамеренных помех как на основной частоте, так
и на гармониках;
• непрерывно ведущимися работами по увеличению чувствительно-
сти радиоприемных устройств, что приводит к необходимости со-
ответствующего повышения чувствительности приемников аппара-
туры АРМ, требуемой для достоверного вскрытия и анализа РЭО.
Кроме того, в городах и промышленных центрах России возрос
ло число нелицензированных ИРИ с различными уровнями мощности и
большим (по уровню и спектру) числом паразитных излучений, не со-
ответствующих допустимым нормам и международным стандартам, что
требует усиления контроля со стороны соответствующих служб за их
числом, параметрами и территориальным размещением.
Одной из особенностей последних десяти-пятнадцати лет в нашей
стране стала определенная либерализация использования радиочастот-
ного спектра, проявившаяся, в частности, в появлении большого числа
неконтролируемых устройств негласного съема информации и нелицен-
зированных средств ее передачи [82, 204-208]. По прошествии опре-
деленного интервала времени были приняты соответствующие законо-
дательные акты, которые, однако, имеют ограниченную эффективность.
В результате на настоящем этапе выпускаются не только узаконенные
средства съема информации, производство и поставка которых контро-
лируется компетентными органами, но и неконтролируемые устройства
с самыми экзотическими видами модуляции, которые представляют се-
рьезную угрозу экономической безопасности России.
8
Введение
Особенностью нынешнего периода является также резкое увеличе-
ние объема используемой оргтехники и электронной техники бытового и
промышленного назначения. Данные устройства имеют побочные элек-
тромагнитные излучения, являющиеся в ряде случаев каналами утечки
информации, например, за счет микрофонного эффекта содержащихся
в них генераторов ВЧ и ОВЧ, корреляции параметров излучений мони-
торов и компьютеров с обрабатываемыми данными
Кроме того, необходимо отметить ряд факторов, связанных с ус-
ложнением РЭО на защищаемых (контролируемых) объектах:
• использование большого числа РЭС, расположенных в ограничен-
ном и часто очень малом пространстве, что приводит к большим
сложностям выявления побочных источников радиоизлучения;
• существенное увеличение скорости передачи информации и при-
менение избыточности для увеличения скрытности и помехоустой-
чивости ряда РЭС, к числу которых относятся в первую очередь
устройства, используемые в измерительных и информационных ра-
диосистемах как государственных, так и коммерческих структур,
широкополосные системы с динамической частотно-временной
структурой и т.п.;
• неравномерное по времени использование РЭС, которое приводит
к дополнительному усложнению РЭО в моменты наибольшей ин-
тенсивности работы радиосистем.
Проблема повышения эффективности АРМ усугубляется и тем, что
в связи с увеличением числа международных контактов и либерализа-
цией рынка радиосредств возросли угрозы со стороны спецслужб зару-
бежных стран, которые осуществляют сбор сведений о промышленных
и экономических секретах российских предприятий и ведут тотальный
контроль за научными и техническими разработками в области перспек-
тивных технологий. Особую важность в связи с этим имеют техниче-
ские средства, в частности радиоэлектронные, применение которых для
скрытной передачи информации не составляет особого труда. Подоб-
ная техника тайного хищения информации ориентирована на получение
и передачу по радиоканалу весьма разных сообщений: от акустических
сигналов и речи, телефонных и телефаксных сигналов до излучений от
компьютеров и мониторов, других информационных сигналов, модули-
рующих радиоволны разнообразными способами
Естественно, что службы информационной безопасности частных и
государственных компаний и государства в целом не могут пройти мимо
проблемы возможного хищения информации и вынуждены принимать
ответные меры и использовать радиосистемы эффективного противо-
действия данным угрозам. Появление на новом уровне проблемы защи-
ты информации на контролируемых объектах наглядно продемонстри-
ровало определенное научное и особенно техническое отставание Рос-
сии в развитии техники АРМ, способной адекватно противостоять дан-
ным угрозам при проведении контроля радиообстановки, выявлении и
!»н. .д«нии
9
ffiti- шшации потенциально опасных ПРИ, обнаружении электромагнит-
ны- и «лучений и наводок, способных привести к утечке важной инфор-
мации Но сути технический и методологический уровень средств АРМ
дин-кци быть адекватным последним достижениям в области передачи
информации, иначе Россия может проиграть информационную борьбу.
Данные факторы стимулируют развитие отечественных средств
ЛГМ, частным результатом которого стало создание специалистами
ро. । ийской компании ИРКОС системы технических средств АРМ, объ-
единенных общностью задач, единством подхода к построению, уни-
по|к -леностью и многофункциональностью.
Основная задача данной книги состоит в изложении вопросов по-
• i роения и функционирования цифровых радиоприемных устройств и
। |дио|(*хнических систем, предназначенных для радиомониторинга и
типической защиты информации, начиная от характеристик и струк-
lypni.ix схем радиоэлектронных устройств, входящих в их состав, до
Описания функционирования сложных систем. При этом рассматри-
вание»! методы и алгоритмы, реализованные в программном обеспе-
нч1ии. Теоретические рассуждения поясняются примерами конкрет-
ных разработок радиоэлектронных устройств и радиосистем, выпол-
н< иных компанией ИРКОС.
Глава 1
Задачи, классификация
и структура средств
автоматизированного
радиомониторинга
Основное назначение средств радиомониторинга — постоянный
или периодический контроль загрузки эфира в широком диапазоне ча-
стот, обнаружение и анализ новых излучений, определение местопо-
ложения их источников, оценка их опасности или ценности, выявление
непреднамеренных или специально организованных радиоканалов утеч-
ки информации. Каждая из этих задач — многоэтапная, решается в
условиях сложной электромагнитной обстановки и требует использо-
вания широкой номенклатуры радиотехнических средств, выполняющих
определенные функции [126, 153]. Эти функции могут быть разбиты
на следующие основные группы:
• универсальные функции, выполнение которых, как правило, обес-
печивается современными системами АРМ;
• дополнительные функции для решения задач радиомониторинга на
местности;
• дополнительные функции для решения задач радиомониторинга в
одном отдельно контролируемом помещении и группе наиболее
важных помещений, находящихся на контролируемом объекте;
• дополнительные функции для выполнения задач выявления ПЭМИН
К универсальным функциям радиомониторинга относятся
• панорамный спектральный анализ в реальном времени с макси-
мально высокой скоростью, разрешающей способностью и адапта-
цией к сложной электромагнитной обстановке;
• быстрый поиск «новых» излучений, в том числе широкополосных, и
излучений с динамической частотно-временной структурой, изме-
рение их параметров, сравнение с базой данных для определения
их опасности (ценности) для пользователя;
• создание баз данных, пополнение их и сопоставление зарегистри-
рованных данных с эталонами, хранящимися в базах;
• контроль ИРИ с оценкой характеристик излучения;
( родства автоматизированного радиомониторинга
11
• запись радиосигналов, в том числе цифровых, одновременно со
служебными параметрами (частота, время, уровень сигнала, спек-
грограмма и т.п.) и последующее их воспроизведение;
• гехнический анализ радиосигналов в реальном времени и при от-
ложенной обработке.
К дополнительным функциям для решения задач радиомонито
ринга на местности следует отнести
• измерение напряженности поля или плотности потока мощности;
• пеленгование ИРИ с произвольными видами модуляции по углу
места и азимуту;
• определение положения стационарных и мобильных ИРИ на мест-
ности и в протяженных объектах, отображение их на картографи-
ческом фоне (цифровом изображении объекта).
Дополнительные функции для решения задач радиомониторинга в
одном и нескольких контролируемых помещениях:
• поиск и выявление технических каналов утечки информации;
• идентификация принадлежности ИРИ к радиомикрофонам;
• локализация местоположения ИРИ
Дополнительные функции для выполнения исследований ПЭМИН:
• измерение параметров излучений и напряженности электромагнит-
ного поля технических средств в ближней зоне;
• оценка защищенности конфиденциальной информации при ее об-
работке и хранении техническими средствами,
• исследование защищенности конфиденциальной информации от
утечки за счет наводок на вспомогательные технические средства,
системы и их коммуникации;
• анализ защищенности выделенных помещений от утечки речевой
информации по каналам акустоэлектрических преобразований;
• контроль эффективности мероприятий по защите информации от
утечки за счет ПЭМИН.
1.1. Классификация средств
радиомониторинга
Целесообразно деление средств радиомониторинга на категории
(группы) по явно выраженным специфическим признакам с последую-
щим определением рациональной структуры аппаратуры радиомонито-
ринга. К таким признакам относятся:
• размер зоны (территории) действия;
• характер использования;
• выполняемые функции;
• производительность оборудования;
• конструктивные ограничения.
Рассмотрим категории средств АРМ в соответствии с этими при-
знаками.
12
Глава 1
Размер зоны действия. Все средства радиомониторинга по раз-
меру зоны действия могут быть разбиты на следующие группы [157]:
1) средства для решения задач радиомониторинга на местности
и пеленгования ИРИ;
2) средства для проведения мероприятий по защите информации
на внешних границах контролируемых объектов;
3) средства для решения задач радиомони горинга в пределах от-
дельного или многих контролируемых помещений на объекте, далее они
будут называться средствами ВТКУИ;
4) средства для проведения специальных исследований ПЭМИН.
Средства первой и второй групп должны давать возможность охва-
та значительных территорий в сочетании с возможностью выявления
ИРИ на выезде, на внешних границах контролируемых объектов.
Средства третьей группы должны с максимальным быстродействи-
ем обеспечивать решение задач радиомониторинга с целью выявления
и локализации местоположения ИРИ, а также идентификации их при-
надлежности к классу радиомикрофонов. Данные задачи должны ре-
шаться как в отдельных помещениях, так и в группе помещений при
управлении с одного поста, при этом средства контроля размещают-
ся внутри помещений.
Специальные исследования технических средств на наличие побоч-
ных электромагнитных излучений и наводок проводятся, как правило, в
специально выделенных помещениях, но возможно проведение иссле-
дований и непосредственно в месте размещения этих средств.
Характер использования. По характеру использования средства
радиомониторинга можно разделить на три группы:
1) средства для открытого применения на стационарных и времен-
ных постах, а также на выезде с использованием транспортной базы
различного базирования;
2) средства, обеспечивающие скрытное использование с разме-
щением аппаратуры радиомониторинга в кейсе, в сумке или на теле
оператора. При этом должны быть приняты соответствующие меры по
камуфлированию антенных систем и скрытному конструктивному выпол-
нению аппаратуры, а в отдельных случаях в сочетании с ее полностью
автономным функционированием во время перемещения оператора;
3) средства, допускающие комбинированное (открытое или скрыт-
ное) использование аппаратуры радиомониторинга с возможностью ча-
стичного управления средством и принятием соответствующих мер по
камуфлированию антенных систем и соответствующему конструктивно-
му выполнению аппаратуры радиомониторинга.
Выполняемые функции. Оборудование радиомониторинга может
быть разделено на несколько групп технических средств, выполняющих:
• универсальные функции;
• дополнительные функции для решения задач радиомониторинга на
местности;
Средства автоматизированного радиомониторинга
13
• дополнительные функции для решения задач радиомониторинга в
одном отдельно контролируемом помещении и группе наиболее
важных помещений, размещенных на контролируемом объекте;
• дополнительные функции для выполнения задач выявления побоч-
ных электромагнитных излучений и наводок (ПЭМИН).
Производительность средств радиомониторинга характеризу-
ется скоростью панорамного спектрального анализа сигналов при за-
данных разрешающей способности и динамическом диапазоне. Пред-
лагается следующая классификация:
• низкая производительность (10... 100 МГц/с);
• средняя производительность (100... 1000 МГц/с);
• высокая производительность (1000... 10 000 МГц/с);
• сверхвысокая производительность (выше 10 ГГц/с).
Конструктивные ограничения. Современное оборудование ра-
диомониторинга создается с позиций системною подхода и представ-
ляет собой систему аппаратно-программных средств, объединенных об-
щим замыслом. Это предусматривает увязывание массогабаритных ха-
рактеристик отдельных средств, их электромагнитную совместимость,
развязку по электропитанию, проработку конструктивных решений, со-
гласованных с параметрами носителей, на которых они используются.
Решение подобной задачи лежит на пути рационального разбие-
ния средств на группы, характеризующиеся выполнением каждого или
нескольких поставленных условий. Всю номенклатуру средств можно
разбить на семейства стационарных, мобильных, портативных и носи-
мых средств. При этом в каждом семействе при разработке аппаратуры
предпочтительными являются технические решения, обеспечивающие
выполнение в первую очередь «пакета» основных тактико-технических
характеристик (ТТХ), а во вторую очередь — минимальные массогаба-
ритные показатели и наименьшую стоимость.
Для стационарных средств АРМ практически отсутствуют массога-
баритные и энергетические ограничения, и в них могут быть реализо-
ваны наилучшие достижимые параметры. Так, получение большой зоны
действия постов стационарного базирования обеспечивается размеще-
нием антенных систем на выносных мачтах, устанавливаемых, в свою
очередь, на высоких зданиях или на возвышенных местах.
Для мобильных средств, которые размещены на транспортной ба-
зе наземного или воздушного базирования с возможностью выполнения
ими своих функций при движении, вступают в действие определенные
ограничения по весу, размерам и энергопотреблению. Это связано с га-
баритами и грузоподъемностью самих носителей, а также с энергоем-
костью и мощностью источников, размещенных на тех же транспортных
средствах.
Поскольку указанные ограничения не очень строгие, в аппаратуре
данного семейства, как и в стационарных средствах, могут быть исполь-
14
Глава 1
зованы многоканальные цифровые панорамные радиоприемные устрой-
ства и получены высокие показатели по динамическому диапазону, ско-
рости панорамного анализа и обработки поступающей информации.
Портативные средства радиомониторинга рассчитаны на перенос-
ку одним или несколькими операторами и последующее использование
на стационарных и временных постах, оборудованных или не оборудо-
ванных питанием, а также на открытой местности. Требование функ-
ционирования в ходе их перемещения не ставится. Таким образом,
сразу накладываются существенные ограничения по массе, потребив-
нию и габаритным размерам антенных систем обнаружения и пеленго-
вания Кроме того, для портативных средств радиомониторинга необ-
ходимым является наличие автономного источника питания и обеспе-
чение возможности его функционирования (например, заряд аккуму-
ляторов, развертывание солнечных батарей, снабжение топливом для
бензоэлектрогенераторов и т.д.).
Носимые средства радиомониторинга предназначены прежде все-
го для работы во время движения оператора при размещении их на
теле (в руках) оператора. Кроме того, данные средства могут исполь-
зоваться для выполнения задач радиомониторинга на временных или
стационарных постах. По характеру применения данные средства от-
носятся к универсальным, использование которых оправдано для опре-
деления местоположения ИРИ в труднодоступных местах или там, где
требуется скрытная работа. В связи с серьезными ограничениями по
потреблению и массогабаритным параметрам показатели такой аппара-
туры должны выбираться компромиссно с учетом длительности работы
с одним комплектом источников.
Измерительные радиоприемные средства и антенные устройства
необходимы для измерения параметров штатных РЭС при контроле из-
лучений зарегистрированных государственными органами, отвечающи-
ми за средства связи, а также при оценке эффективности мер по пред
отвращению утечки информации на границах контролируемых объектов
и при исследованиях ПЭМИН. Измерительные средства могут быть вы-
полнены в стационарном, мобильном, портативном или носимом ис-
полнении. Возможность их использования для проведения измерений
должна подтверждаться соответствующими сертификатами, например,
Госстандарта и ФСТЭК Российской Федерации.
Таким образом, обоснованным является разбиение всех средств
радиомониторинга на следующие группы:
• семейство стационарных средств радиомониторинга;
• семейство мобильных средств радиомониторинга наземного, воз-
душного, морского базирования;
• семейство портативных средств радиомониторинга, функциониро-
вание которых возможно только после их развертывания на постах
временного размещения;
Средства автоматизированного радиомониторинга
1Ь
• семейство носимых средств радиомониторинга для скрытного и от-
крытого использования, предназначенных для выполнения задач во
время движения оператора (без участия оператора в управлении
средством, с частичным и полным участием);
• измерительные средства для обеспечения контроля эффективно-
сти принятых мер по защите от утечки информации, а также для
измерения параметров излучений штатных радиосредств.
С целью сокращения номенклагуры средств целесообразно объ-
единить первые два семейства (стационарные и мобильные) в одно при
условии обеспечения выполнения мобильными средствами всех функ-
ций стационарных и с учетом ограничений на антенные системы и си-
стемы электропитания мобильных средств
1.2. Принципы построения аппаратуры
радиомониторинга
Основной целью разработки средств радиомониторинга является
создание универсальных аппаратно программных систем из ограничен-
ной номенклатуры устройств для выполнения максимально возможного
объема задач радиомониторинга [141]. Основные требования к сред
сгвам радиомониторинга, направленные на минимизацию и унифика-
цию аппаратуры и программного обеспечения, состоят в следующем:
• универсальность и многофункциональность базового средства ра-
диомониторинга для каждого из семейств;
• универсальность и многофункциональность дополнительных уст-
ройств;
• обеспечение совместной работы базового средства семейства с
дополнительными устройствами, общими для всех семейств
средств радиомониторинга;
• унификация аппаратуры различных семейств;
• унификация программного обеспечения с использованием одина
ковых модулей, форматов данных и интерфейсов для различных се
мейств;
• унификация систем электропитания аппаратуры;
• рациональное распределение задач обработки между аппаратными
сигнальными процессорами и управляющей ПЭВМ;
• создание библиотек кодов для базового комплекта каждого из се-
мейств;
• комплексное решение задач электромагнитной совместимости.
Частичное уменьшение номенклатуры средств радиомониторинга
может быть достигнуто на основе функционально-блочного принципа
при построении средств каждого семейства путем объединения базо-
вого средства семейства и дополнительных устройств, общих для всех
семейств средств радиомониторинга Исследования вариантов постро-
ения цифровых РПУ и антенных систем с широким диапазоном рабочих
16
Г лава 1
частот показывают, что наименьшее количество средств достигается за
счет ограничения рабочего диапазона базового средства семейства при
возможности его расширения дополнительными устройствами, общими
для всех семейств. Реализация данного принципа позволяет выбрать
фиксированный базовый состав устройств для каждого семейства. Дру-
гим доводом в пользу этого принципа является то, что реализация всех
или большинства из функций, перечисленных в начале главы, в одном
конструктивно законченном устройстве на современном этапе разви-
тия технологии привела бы к неоправданному увеличению его массы,
габаритных размеров, энергопотребления и стоимости.
Реализация принципа многофункциональности предполагает со-
кращение состава средств радиомониторинга на основе использова-
ния аппаратного цифрового блока с возможностью быстрого перепро-
граммирования для выполнения различных алгоритмов обработки сиг-
налов, совмещение функций в отдельно реализуемых устройствах, а
также рациональное распределение задач между двумя слоями про-
граммного обеспечения, используемых в аппаратном цифровом блоке
и в управляющей ПЭВМ.
Комплексное решение проблемы электропитания предполагает
унификацию номиналов питающих напряжений, включение в состав
структуры блоков, обеспечивающих питание от сети переменного то-
ка, бортовой сети мобильного средства (автомобиля, вертолета и т.д.),
а также аккумулятора с зарядным устройством для автономной работы
и предотвращения сбоев при пропаданиях питания.
Построение средств радиомониторинга определяется следующими
принципами:
• унификация устройств различных семейств, возможность их ком-
бинирования, например объединения аналого-цифрового преоб-
разователя радиосигналов мобильного комплекса с двухканальным
или одноканальным блоком аналого-цифровой обработки порта-
тивного семейства;
• унификация программных пакетов, использование одинаковой
структуры и формата данных для достижения возможности исполь-
зования одного и того же пакета (с различными драйверами) в
рамках разных семейств;
• комплексное решение задач электромагнитной совместимости с
учетом электрооборудования носителя [43].
Минимизация общих затрат на создание средств радиомониторин-
га напрямую связана с возможностью их модернизации по мере тиражи-
рования.
Наличие открытой библиотеки команд для каждого из средств да-
ет возможность потребителю самому программировать и решать соб-
ственные специфические задачи поставляемыми аппаратными средст-
вами радиомониторинга.
Средства автоматизированного радиомониторинга 17
Опыт разработки и использования систем радиомониторинга пока-
зывает, что структура средства должна включать:
• одноканальный или многоканальный (с когерентно связанными ге-
теродинами) преобразователь радиосигналов;
• одно- или многоканальный блок аналого-цифровой обработки;
• аппаратуру цифровой записи радиосигналов на промежуточной ча-
стоте на магнитный или другой носитель.
• аппаратуру технического анализа сигналов в реальном времени и
в режиме отложенной обработки;
• блок цифровой демодуляции;
• аппаратуру записи демодулированных сигналов одновременно со
служебными сигналами (текущее время, несущая частота и т.д.);
• блок электропитания с пониженным уровнем помех;
• универсальное устройство управления, допускающее возможность
его быстрой замены, а также смены режимов на основе выбора
программ специального математического обеспечения (СМО);
• унифицированные программные пакеты СМО.
Измерительные средства радиомониторинга должны быть серти-
фицированы государственными органами стандартизации.
К дополнительному оборудованию относятся
• широкодиапазонные ненаправленные антенны различного приме-
нения;
• наборы антенных систем для автоматического пеленгования в дви-
жении, на стоянках и для стационарных постов;
• наборы антенных модулей с направленными свойствами для ручных
пеленгаторов открытого и скрытного использования;
• преобразователи радиосигналов для расширения рабочих диапа-
зонов частот; цифровые регистраторы сигналов;
• аппаратура привязки средств радиомониторинга к географическим
координатам.
Кроме того, следует принять во внимание следующий довод в поль-
зу раздельного исполнения базового средства и дополнительных уст-
ройств. На стационарных и мобильных постах радиомониторинга для
расширения зоны действия поста приемную антенну стараются по воз-
можности вынести на самую верхнюю площадку (крышу, мачту и т.п.),
при этом длина ВЧ кабеля от антенны до базового средства может быть
достаточно большой. Потери и шум, создаваемый ВЧ кабелем, растут с
частотой. Если все блоки, например, в диапазоне до 18 ГГц сосредото-
чить в одном месте (на рабочем столе оператора), то даже применение
очень хорошего кабеля приводит к неоправданно большому затуханию
сигнала в кабеле с ростом частоты принимаемого сигнала, уменьшению
чувствительности системы и существенному антенному эффекту Ис-
пользование дополнительного преобразователя радиосигналов, напри-
мер, в диапазоне от 1 до 18 ГГц при условии его размещения рядом с
18
Глава 1
антенной существенно снижает требования к верхней граничной частоте
ВЧ кабеля, повышает чувствительность и снижает антенный эффект.
1.3. Требования к техническим
характеристикам средств
радиомониторинга
Выбор критерия качества. Проведение полной оптимизации ТТХ
для всех задач радиомониторинга из-за большого числа параметров
вряд ли возможно. Вместе с тем очевидно, что для большинства вы-
полняемых задач имеется общий подход, заключающийся в том, что
оценка проектируемых средств радиомониторинга осуществляется по
критерию «эффективность — стоимость». При этом область возмож-
ных решений ограничивается за счет определения минимального числа
существенных параметров для каждой задачи или группы задач и фик-
сации допустимой (или при отсутствии четких рекомендаций — прием-
лемой) границы каждого из параметров.
В ряде случаев в качестве основного показателя эффективности
средства АРМ может быть использована вероятность P(ipM Т() выпол-
нения соответствующей задачи радиомониторинга за интервал време-
ни £рм, не превышающий заданное значение Т(., при этом существенные
параметры средства должны быть не хуже необходимых. Лучшим счита-
ется средство радиомониторинга, которое обеспечивает большую веро-
ятность выполнения задачи за одинаковое время при равной стоимости.
Вместе с тем при выборе потребителем конкретного средства оп-
ределяющими могут быть другие показатели, например точность из-
мерений несущей частоты сигнала или точность пеленгования, а также
непосредственно его стоимость.
Используем вероятностный критерий для оценки средств с раз-
личной производительностью при выполнении задачи обнаружения сиг-
налов и рассмотрим вероятность обнаружения при панорамном спек-
тральном анализе при условии, что радиосигнал имеет длительность
3 с. Такой временной интервал является типовым средним значением
при радиообмене [159]. Вероятность обнаружения в случае одноча-
стотного сигнала длительностью в предположении, что отношение
сигнал-шум велико, определяется выражением (3.38). Зададимся ши-
риной диапазона 1800 МГц. Результаты расчетов для случая обнаруже-
ния моночастотного РЭС приведены на рис. 1.1. В главе 3 предложен-
ный вероятностный критерий используется для более сложных случаев
обнаружения сигналов, например сигналов с ППРЧ.
Анализ полученных зависимостей показывает, что при диапазоне
поиска 1800 МГц непрерывный радиосигнал длительностью 3 с с ве-
роятностью F - 0.5 обнаруживается при производительности системы
300 МГц/с; с вероятностью 1 обнаруживается, начиная со скорости па-
норамного анализа 600 МГц/с.
Средства автоматизированного радиомониторинга
19
Рис. 1.1. Зависимость вероятно-
сти обнаружения моночастотного
сигнала от производительности
системы за время Т = 3 с. Диа-
пазон поиска 1800 МГц при поло-
се анализа 2 и 10 МГц
Рис. 1.2. Зависимости вероятности об-
наружения моночастотного сигнала от вре-
мени при производительности 1500 МГц/с,
полосе пропускания 2 МГц для различных
диапазонов поиска
На рис. 1.2 приведены зависимости обнаружения «нового» сиг-
нала для скорости панорамного анализа 1500 МГц/с для нескольких
диапазонов поиска. При заданной скорости непрерывный радиосиг-
нал при максимальном диапазоне поиска 3000 МГ ц достоверно обна-
руживается уже за 2 с.
Основные технические характеристики средств радиомонито-
ринга. Ядром любого средства радиомониторинга является панорам-
ное радиоприемное устройство, обеспечивающее выполнение функций
панорамного анализа и обнаружения радиосигнала при поиске.
Как указывалось выше, в качестве показателя эффективности сред
сгва радиомониторинга применяется вероятность P(£pM < Тс) выполне-
ния соответствующей задачи радиомониторинга за определенный ин-
тервал времени Тг, при этом одновременно фиксируются значения ряда
существенных параметров этого средства. При решении задач обнару-
жения эта вероятность в основном зависит от скорости панорамного
спектрального анализа, обеспечиваемой радиоприемным устройством.
Однако скорость анализа не может рассматриваться отдельно от других
параметров РПУ: динамического диапазона по интермодуляции 3-го и
2-го порядков, разрешающей способности по частоте, чувствительно-
сти, рабочего диапазона частот, полосы одновременного обзора, ста-
бильности частоты и уровня подавления приема по паразитным кана-
лам. Так, излишнее повышение разрешающей способности может су-
щественно снизить возможности быстрого выявления радиосигналов с
динамическим частотно-временном распределением.
В настоящее время наибольшее применение в задачах радиомо-
ниторинга находят панорамные ЦРПУ, представляющие сочетание пре-
образователя радиосигналов с фиксированной промежуточной часто-
той (ПЧ) и блока аналого-цифровой обработки, обеспечивающего па-
20
Г лава 1
Таблица 1.1
Технические характеристики стационарных и мобильных станций АРМ
Характеристика Стационар- ная станция с антенной системой на мачте Мобильная станция с антенной системой
на крыше автомобиля на мачте
Панорамный спектрг Рабочий диапазон, МГц: базовый состав с дополнительным оборудованием Скорость ПА в рабочем диапазоне, МГц/с: для средней производительности для высокой и сверхвысокой произво- дительности Дискретность отсчета частоты, кГц: для средней производительности для высокой производительности Динамический диапазон, дБ Чувствительность, мкВ Пеленгова Скорость в диапазоне, МГц/с: для низкой загрузки радиодиапазона для высокой загрузки Ширина пеленгуемого сигнала, МГц Чувствительность, мкВ/м Инструментальная точность (среднеквад- ратическое отклонение, СКО), град Технический Полоса анализа, кГц/разрешающая способность, Гц Многоканальный ра Число контролируемых каналов: для низкой загрузки диапазона для высокой загрузки шьный анализ 25...3000 0,0 1 бс н ние б Пре 2...10 0,5...2 анализ 2000 (500С 120/240, Е диоконтроль 25...ЗС 09... 18000 00... 1000 >лее 1000 3 6..12 75 е хуже 3 50...100 олее 300 жзвольная 3...15 2...5 )/15000, 250 >0/100, 9/20, 2-4 6-8 00 2...10 1...3 /500, 6/12
раллельную обработку сигналов в полосе одновременного анализа с
необходимым частотным разрешением [30, 125, 157]. Такое реше-
ние обеспечивает максимальное быстродействие, однако следует при-
нять во внимание, что увеличение полосы одновременного анализа при
большой загрузке диапазона приводит к перегрузке аналого-цифрового
преобразователя (АЦП), а применение аттенюаторов — к подавлению
слабых сигналов, т.е. к уменьшению зоны их электромагнитной доступ-
ности. Выходом из данной ситуации является использование гребен-
ки примыкающих друг к другу трактов частотной селекции. Например,
для получения полосы одновременного анализа 80 МГц могут быть ис-
пользованы 8 трактов по 10 МГц, однако это существенно усложняет
обработку и удорожает аппаратуру. Пути построения многоканальных
панорамных ЦРПУ для радиомониторинга показаны в гл. 4.
Нижняя частотная граница диапазона в используемых при радиомо-
ниторинге отечественных и зарубежных средствах обычно равна 9 кГц
Средства автоматизированного радиомониторинга
21
Верхняя граница диапазона для базового состава радиоприемных уст-
ройств составляет 3 ГГц, ас дополнительным оборудованием может со-
ставлять 6, 8 или 18 ГГц, причем тенденция повышения верхней грани-
цы диапазона, как было отмечено ранее, сохраняется. В любом случае
реализация сформулированного ранее принципа, при котором имеются
пазовое ЦРПУ и дополнительное оборудование, обеспечивающее повы-
шение верхней границы рабочего диапазона, гарантирует минимальные
мтраты на модернизацию существующей аппаратуры.
Для средств радиомониторинга в настоящее время считаются до-
статочными динамический диапазон 70...80 дБ и разрешающая способ-
ность 6...8 кГц, что соответствует дискретности отсчетов спектра около
3 кГц. Уровни подавления приема по всем паразитным каналам должны
составлять не менее 70 дБ, относительная стабильность частоты опор-
ного генератора в блоке гетеродина не хуже 10“6... 10~7. При необ-
ходимости получения более высокой стабильности частоты, например,
для измерительного оборудования, в ЦРПУ должна быть предусмотрена
возможность применения высокостабильного внешнего или внутренне-
ю генератора опорной частоты.
В табл. 1.1 приведены типовые тактико-технические характеристи-
ки стационарных и мобильных средств радиомониторинга, выпускаемых
ЗАО «ИРКОС».
1.4. Характеристика семейств средств
радиомониторинга
Системы радиомониторинга и определения местоположения
ИРИ. Требуемый охват территории и определение местоположения ИРИ
достигается использованием системы разнесенных станций радиомо-
питоринга и пеленгования (центральной и нескольких периферийных),
которые обеспечивают обнаружение и прием радиосигналов на цен-
|ральном посту, а также одновременное (синхронное) пеленгование по
команде с центральной станции и вычисление местоположения ИРИ с
отображением на картографическом фоне [15, 150, 155]. Число станций
для стационарной системы определяется рельефом местности, возмож-
ностью использования высотных зданий для установки антенных мачт,
мощностью контролируемых ИРИ и чувствительностью аппаратуры об-
наружения и пеленгования.
Стационарным системам пеленгования и определения местополо-
жения ИРИ должны быть дополнительно приданы мобильные станции
радиомониторинга, назначением которых является «дослеживание» вы-
явленных ИРИ на местности или в местах, откуда прием сигналов стаци-
онарными станциями затруднен. Должно быть предусмотрено наличие
аппаратуры ручного пеленгования и носимых средств радиомониторин-
га, при помощи которых локализуются ИРИ внутри зданий и в местах,
недоступных для мобильного средства.
22
Глава 1
Для мобильной системы пеленгования и определения местополо-
жения ИРИ справедливы те же закономерности с той особенностью, что
антенная система устанавливается на выносной мачте меньшей длины
на ровной местности, что приводит к уменьшению рабочей зоны на-
блюдения за радиосредствами. Размеры (диаметр) антенной системы
в мобильных средствах по условиям эксплуатации, естественно, будут
меньше аналогичных размеров для стационарной системы, что приве-
дет к меньшей точности пеленгования в нижнем участке рабочего диа-
пазона (менее 100 МГц).
Портативная система характеризуется еще более жесткими огра-
ничениями по массе, габаритным размерам и потреблению, что неиз-
бежно сказывается на производительности и функциональных возмож-
ностях. Необходимость работы в полевых условиях требует наличия
в составе системы автономных средств энергообеспечения. Вопросы
построения подобных систем подробно изложены в гл. 8.
Стационарные и мобильные станции радиомониторинга. Воз-
можная организация стационарных и мобильных станций радиомони-
торинга включает следующие посты, а также ручной пеленгатор или
носимый комплекс радиомониторинга.
Пост № 1. Пеленгатор со стационарной (рис. 1.3,а) антенной си-
стемой или с антенной системой для мачты или крыши автомобиля
(рис. 1.3,6).
Пост № 2. Панорамное радиоприемное устройство.
Пост № 3. Многоканальное панорамное радиоприемное устрой-
ство.
Пост № 4. Аппаратура картографии и расчета положения ИРИ.
Состав одноканальных ЦРПУ, используемых на станциях радиомо-
ниторинга (рис. 1.4,а, 6):
• широкодиапазонная антенна для радиомони горинга;
• преобразователь радиосигналов;
• блок аналого-цифровой обработки;
• устройство управления с программным пакетом СМО;
• блок питания от бортовой сети транспортного средства или сети
переменного тока;
• дополнительно: комплект измерительных антенн и преобразова-
тель радиосигналов для расширения диапазона частот,
а) б)
Рис. 1.3. Стационарная (а) и мобильная (б) станции радиомониторинга
Средства автоматизированного радиомониторинга
23
Рис. 1.4. Одноканальные (а), двухканальные (б) и многоканальные (в) ЦРПУ
Состав многоканальных ЦРПУ (рис. 1.4,в, г):
• широкодиапазонная антенна для радиомониторинга;
• многоканальное цифровое панорамное РПУ с дистанционным уп-
равлением;
• устройство управления с программным пакетом СМО;
• блок питания от бортовой сети транспортного средства или сети
переменного тока;
• дополнительно: преобразователи радиосигналов для расширения
диапазона частот.
Подробно параметры, структурные схемы и примеры ЦРПУ рас-
смотрены в гл. 2, а в гл. 4 даны примеры многоканальных радиоприем-
ных устройств.
Портативные средства радиомониторинга. Основным назначе-
нием портативных средств, как отмечалось выше, является радиомони-
торинг на временных и стационарных постах, а также на открытой мест-
ности и в труднодоступных местах, в которых использование мобиль-
ных и стационарных средств невозможно. Функции портативного сред-
ства при выполнении задач радиомониторинга на местности должны по
возможности соответствовать функциям стационарного или мобильного
средства радиомониторинга. Понятно, что реализовать пеленгаторную
антенную систему портативных средств, полностью эквивалентную ста
ционарной антенной системе, достаточно сложно. С учетом ограниче-
ний на энергопотребление и жестких требований по массе разработаны
портативные автоматические пеленгаторы, представленные в гл. 7.
Состав системы радиомониторинга для определения местоположе-
ния ИРИ, состоящей из портативных станций (рис. 1.5):
• три или более портативных станций (центральная и несколько пери-
ферийных);
• аппаратура ручного пеленгования скрытного или открытого исполь-
зования;
• носимый комплекс радиомониторинга.
С целью достижения многофункциональности на портативные сред-
ства радиомониторинга могут быть возложены дополнительные задачи,
связанные с выявлением ТКУИ. Возможные варианты таких комплек-
сов приведены в гл. 11.
24
Глава 1
Рис. 1.5. Система, состоящая из портативных станций
а)
в)
Рис. 1.6. Портативные комплексы АРМ на основе одноканального панорамного
ЦРПУ (а), двухканального панорамного ЦРПУ (б) и многоканального панорамно-
го ЦРПУ (в)
В семейство поисковых средств выявления ТКУИ (рис. 1.6) должны
входить аппаратура для контроля одного или нескольких помещений и
мобильные станции радиомониторинга, пеленгования и измерения па-
раметров излучений на границах контролируемой зоны. Подробно во-
просы выявления ТКУИ освещены в гл. 11.
Сертифицированные средства АРМ с измерительными антеннами и
дополнительными устройствами при наличии соответствующего ПО мо-
гут использоваться для проведения специальных исследований ПЭМИН,
которым посвящена гл. 12.
Носимые средства автоматизированного радиомониторинга.
К носимым средствам в наибольшей степени относится требование ис-
полнения в вариантах для открытого и для скрытного использования.
На основе опыта структур надзора за связью в РФ и силовых ведомств
желательны следующие варианты размещения носимых средств [157]
в папке, в сумке (рюкзачке) или в разгрузочном жилете (рис. 1.7).
Носимые средства должны по возможности иметь функции стаци-
онарного или мобильного средства радиомониторинга.
Принимая во внимание необходимость минимизации массы и га-
баритных размеров аппаратуры, многообразие условий применения и
отсутствие жестких требований по точности пеленгования, в носимых
Средства автоматизированного радиомониторинга
25
Рис. 1.7. Варианты исполнения носимых средств радиомониторинга: комплекс
радиомониторинга в сумке (а) и разгрузочном жилете (б); аппаратура радио-
мониторинга ручного открытого (в) и скрытного (г) пеленгования; аппаратура
автоматического пеленгования и радиомониторинга (д)
пеленгаторах оправданным является амплитудный метод пеленгования
на основе направленных антенн. Носимые пеленгаторы могут иметь
варианты открытого и скрытною использования.
Процесс поиска ИРИ с помощью ручных пеленгаторов обеспечива-
ется путем проведения ряда этапов, основные из которых [18]:
• быстрый панорамный спектральный анализ в заданном (рабочем)
диапазоне и обнаружение «новых» сигналов;
• качественная или количественная оценка параметров выявленных
излучений;
• сопоставление полученных параметров с базой данных и опреде-
ление ценности (опасности) их источников;
• определение местоположения ИРИ — итерационный процесс, вхо-
де которого при участии оператора выполняются определение пе-
ленга на ИРИ, оценка его уровня, сравнение с уровнем на преды-
дущей итерации и выбор направления перемещения оператора с
аппаратурой для последующей итерации.
В состав ручного пеленгатора входят;
• сменные направленные антенны открытого применения и индика-
тор;
• сменные направленные антенны скрытного применения и пульт уп-
равления;
• панорамное цифровое радиоприемное устройство;
• дополнительные устройства, обеспечивающие индикацию уровня
сигнала, изменение уровня, демодуляцию и прослушивание сигна-
ла, а также (при необходимости) расширение рабочего диапазона
частот;
• устройства электропитания от автономных аккумуляторов, автомо-
бильной бортовой сети и сети переменного тока, а также устрой-
ства зарядки аккумуляторов.
26
Глава 1
Задача измерения напряженности поля носимыми средствами мо-
жет решаться только при использовании измерительных антенн, требу-
ющих для своего размещения мачт или штативов, которые при необхо-
димости могут быть введены в их состав.
Для сокращения номенклатуры средств, унификации и обеспечения
качественного радиомониторинга основные технические требования ко
всем средствам, в том числе портативным и носимым, не должны силь-
но отличаться от соответствующих требований к стационарным и мо-
бильным средствам. Исключение могут составлять в основном требо-
вания, связанные с массогабаритными показателями и энергопотреб-
лением. Для реализации данного принципа одноканальные и многока-
нальные ЦРПУ целесообразно формировать из унифицированных мо-
дулей, размещать их в кейсах при сохранении базовых требований к
тактико-техническим характеристикам (ТТХ), многофункциональности и
обеспечении возможности питания от различных энергоносителей (се-
ти переменного тока, автомобильной бортовой сети и аккумуляторов).
Кроме того, желательно обеспечивать полномасштабный радиомонито-
ринг носимыми средствами при работе на временных и стационарных
постах. Такой подход к разработке средств радиомониторинга позво-
ляет облегчить взаимодействие технических средств разных семейств,
обеспечивает формирование унифицированной базы данных, электри-
ческую и информационную совместимость.
Основными параметрами носимых средств также являются чувстви-
тельность и точность пеленгования, кроме того, важное значение приоб-
ретают их масса и длительность работы от одного комплекта источников
питания.
Экспертные оценки по необходимой точности определения направ-
ления на ИРИ для носимой аппаратуры показывает, что для практиче-
ской работы достаточно иметь погрешность 10...15°. Чувствительность
аппаратуры (по полю) определяет размер зоны действия, что часто вли-
яет на безопасность проведения операции. С этой же целью следует
признать необходимым наличие возможности скрытного использования
аппаратуры. Чувствительность (по полю) современных ручных пелен-
гаторов открытого использования для диапазона 25...3000 МГц лежит
в пределах 20... 100 мкВ/м. Это, по мнению экспертов из силовых ве-
домств, позволяет решать большинство задач. Масса рабочего ком-
плекта не должна превышать 5... 10 кг, а время работы от одного ком-
плекта источников должна быть не меньше трех-пяти часов.
1.5. Заключительные замечания
В данной главе приведена классификация технических средств АРМ
по зоне территориального охвата, по характеру использования, по ха-
рактеру выполняемых функций, по производительности оборудования и
конструктивным ограничениям. Признано целесообразным разбиение
номенклатуры средств на следующие семейства:
Средства автоматизированного радиомониторинга
27
• стационарные средства;
• мобильные средства;
• портативные средства;
• носимые средства для скрытного и открытого использования.
При наличии государственных сертификатов и дополнительного
оборудования средства АРМ могут быть использованы для задач из-
мерений и исследований ПЭМИН.
Показана рациональность подхода, при котором в каждом семей-
стве имеется базовое средство АРМ, возможности которого могут быть
расширены дополнительными устройствами, общими для всех се-
мейств. Для сокращения состава средств АРМ необходимо исполь-
зовать программируемые блоки цифровой обработки сигналов, рацио-
нально распределять задачи между аппаратными и программными
средствами. Желательна унификация программных пакетов СМО, ис-
пользование одинаковой структуры и формата данных для достижения
возможности использования одного и того же пакета (с различными
драйверами) во всех семействах средств АРМ.
Предложен унифицированный набор аппаратно-программных
средств, включающий:
• одноканальный или многоканальный преобразователь сигналов;
• одноканальный или двухканальный блок аналого-цифровой обра-
ботки;
• многоканальную аппаратуру цифровой записи радиосигналов в по-
лосе одновременного анализа;
• аппаратуру технического анализа сигналов в реальном времени и
в режиме отложенной обработки;
• блок цифровых демодуляторов;
• аппаратуру записи демодулированных сигналов одновременно со
служебными сигналами;
• аппаратуру привязки средства к географическим координатам;
• блок электропитания;
• СМО для решения задач, подходящее для всех семейств
В качестве обобщенного показателя оценки средств АРМ наиболее
подходит критерий «эффективность — стоимость», при этом эффектив-
ность средства лучше всего характеризует вероятность выполнения со-
ответствующей задачи радиомониторинга за фиксированный интервал
времени при условии наличия существенных для данного средства до-
полнительных параметров.
Глава 2
Радиоприемные
устройства для задач
радиомониторинга
Радиоприемным устройством называют систему взаимосвязанных
узлов, с помощью которых происходит извлечение энергии электромаг-
нитного поля, селекция, усиление и преобразование радиосигналов с
целью получения заложенной в них информации. Структурная схема
радиоприемного устройства (РПУ) показана на рис. 2.1.
Приемная антенна выполняет первую основную функцию радио-
приемного устройства — извлекает энергию электромагнитного поля и
преобразует ее в электрический сигнал. Радиоприемник осуществляет
вторую основную функцию радиоприемного устройства — выделяет и
преобразует электрический сигнал, полученный от антенны, усиливает
его. Это преобразование выполняется так, чтобы обеспечить нормаль-
ную работу оконечного устройства, которое выполняет третью основ-
ную функцию радиоприемного устройства — извлечение из принятого
сигнала полезной информации.
Первое в мире радиоприемное устройство было создано Алексан-
дром Степановичем Поповым и продемонстрировано им на заседании
физического отделения Русского физико-химического общества 25 ап-
реля (7 мая) 1895 г. На этом заседании он осуществил первый в мире
сеанс радиосвязи на расстоянии 30 сажен (64 м).
Радиоприемные устройства в свою очередь являются элемента-
ми более сложных систем связи, радиовещания, телевидения, ради-
онавигации, радиолокации, радиопеленгации, радиомониторинга, ра-
диоуправления и т.д.
В настоящее время наиболее известными видами РПУ являются
приемники прямого усиления и супергетеродинный приемник, струк-
турные схемы которых различаются построением тракта радиочастоты.
Рис. 2.1. Структурная схема радиоприемною устройства
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
29
2.1. Приемник прямого усиления
В приемниках прямого усиления (рис. 2.2) тракт радиочастоты со-
держит входную цепь и усилитель радиочастоты (УРЧ). В этом случае
все резонансные цепи настроены на частоту принимаемого радиосиг-
нала на которой и осуществляется додетекторное усиление. Из при-
емной антенны сиг нал и помехи поступают во входную цепь, назначение
которой — согласование выхода антенны с УРЧ, который обеспечива-
ет основную частотную селекцию и додетекторное усиление сигналов.
Резонансные контуры УРЧ перестраиваются в пределах диапазона ра-
бочих частот. Так как обычно необходимы высокие селективность и
усиление (коэффициент усиления УРЧ может быть порядка 106... 107),
может потребоваться несколько усилительных каскадов и резонансных
контуров. Синхронная перестройка по частоте всех этих блоков являет-
ся непростой задачей. В диапазоне СВЧ технически трудно согласовать
полосы пропускания приемника с шириной спектра полезного сигнала
для фильтрации от помех, несовпадающих по частоте с сигналом.
Из-за конструктивной сложности реализации перестройки число
кон гуров редко бывает больше трех-четырех При этом усилитель на
радиочастоте /с может оказаться неустойчивым, а его селективность
недостаточной, так как полоса пропускания колебательного контура В с
добротностью Q связана с его резонансной частотой /0 = /с соотноше-
нием
B = f0/Q. (2.1)
При переменной настройке селективность и коэффициент усиления
изменяются (с увеличением fc полоса В расширяется и, следователь-
но, селективность уменьшается). Детектор или демодулятор выделяет
сообщение из сигнала. Усилитель низких частот усиливает сигнал со-
общения до уровня, необходимого для нормальной работы оконечного
устройства. Преимуществами приемников прямого усиления являются
простота и относительно низкий уровень собственных шумов.
Детекторный приемник — простейшее РПУ прямого усиления,
имеющее минимальное число функциональных узлов, необходимых для
приема сигналов: антенну, избирательная цепь, детектор и оконечное
устройство, Поскольку в этом приемнике отсутствуют усилительные
Рис. 2.2. Структурная схема приемника прямого усиления
30
Глава 2
элементы, помехоустойчивость и качество приема низки. Такие прием-
ники ограниченно используются в СВЧ и оптическом диапазонах.
Рефлексный приемник является одной из разновидностей прием-
ника прямого усиления, в котором один и тот же усилитель использу-
ется одновременно для додетекторного и последетекторного усиления.
Основная идея рефлексного приемника состоит в том, что вначале ак-
тивный элемент усиливает сигнал радиочастоты, который детектируется
и уже как сигнал звуковой частоты подается на вход того же усилителя.
Для уменьшения числа усилительных каскадов и упрощения кон-
струкции в приемниках прямого усиления в прошлом широко использо-
вали регенеративные и сверхрегенеративные усилители. В регенера-
тивных приемниках за счет положительной обратной связи в резонанс-
ный контур вносится отрицательное сопротивление, частично компен-
сирующее потери в нем, что увеличивает эквивалентную добротность
контура и коэффициент усиления. Однако такие приемники облада
ют невысокой устойчивостью, так как работают в режиме, близком к
самовозбуждению При этом возможно проникновение генерируемых
колебаний в антенну, а их излучение ведет к усилению помех другим
приемникам, что крайне нежелательно с точки зрения электромагнит-
ной совместимости (ЭМС).
Сверхрегенеративный приемник — это РПУ прямого усиления,
содержащий каскад усиления с мягким контролируемым самовозбуж-
дением. В сверхрегенеративном приемнике положительная обратная
связь с УРЧ периодически изменяется с некоторой вспомогательной
частотой, значительно превышающей частоту модуляции сигнала. При
этом в течение части периода вносимое сопротивление становится от-
рицательным, и в колебательном контуре возбуждаются колебания В
течение следующей части периода происходит срыв колебаний. Ам-
плитуды этих колебаний превышают амплитуду принимаемых сигналов
в 10'1 раз и более. Их интенсивность пропорциональна действующим
на колебательный контур принимаемым сигналам, т.е. генерируемые
колебания, в сущности, являются усиленными сигналами. Сверхреге-
неративные приемники имеют несколько лучшую устойчивость, чем ре-
генеративные приемники. Их достоинством является высокая чувстви-
тельность при простой электрической схеме. Сверхрегенеративному
приемнику свойственны искажения сигналов и интенсивные паразит-
ные излучения, что не отвечает требованиям ЭМС.
В супергетеродинном приемнике осуществляется преобразова-
ние частоты радиосигнала — линейный перенос спектра принятого сиг-
нала в область, удобную для обработки. Приемники такого типа полу-
чили наибольшее распространение. Особенностью супергетеродинно-
го радиоприемного устройства, отличающей его от приемника прямого
усиления, является наличие в нем специального каскада для преобра-
зования частоты. Структурная схема приемника приведена на рис. 2.3.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
31
Рис. 2.3. Структурная схема супергетеродинного приемника
Линейный тракт приема содержит относительно широкополосный
перестраиваемый преселектор, работающий на частоте сигнала /., и
тракт промежуточной частоты (114), который работает на фиксированной
частоте /пч с полосой пропускания, соответствующей спектру сигнала.
Преселектор, который состоит из входной цепи и УРЧ, обеспечи-
вает предварительное усиление, необходимое для выделения сигнала,
и избирательность приемника по побочным каналам приема, главным
образом по зеркальному каналу.
Преобразователь частоты —узел, осуществляющий преобразова-
ние частоты и состоящий из гетеродина и смесителя. В этом каскаде
колебания высокой частоты преобразуются в колебания другой также
достаточно высокой ПЧ, которая для любой частоты принимаемого сиг-
нала остается неизменной. В результате преобразования осуществля-
ется линейный перенос спектра принимаемого сигнала из одной об
ласти частотного диапазона в другую, обычно в область более низких
частот.
Супергетеродинный приемник в отличие от приемника прямого уси-
ления имеет следующие преимущества: высокие избирательность и
чувствительность, постоянство избирательности и чувствительности по
диапазону и повышенную устойчивость.
Высокая избирательность супергетеродинного РПУ обеспечивается
фильтрацией на пониженной ПЧ. Как известно, избирательность зави-
сит от относительной расстройки Д///о. которая при неизменной аб-
солютной расстройке Д/ с понижением частоты возрастает. Поэтому
избирательные свойства колебательных систем улучшаются. Высокая
чувствительность супергетеродинного РПУ также является результатом
32
Глава 2
понижения частоты, так как усилитель ПЧ может иметь довольно боль-
шое устойчивое усиление.
Постоянство чувствительности и избирательности по диапазону
объясняется неизменностью ПЧ, вследствие чего усилительные и из-
бирательные свойства сохраняются почти без изменений для любой
частоты принимаемого сигнала.
Повышенная устойчивость супергетеродинного РПУ обеспечивает-
ся в результате распределения усиления по различным трактам ча-
стот — высокой и промежуточной. Сокращение числа каскадов, ра-
ботающих на одной частоте, уменьшает опасность самовозбуждения
усилителей за счет обратных связей.
Работа преобразователя частоты в значительной степени опреде-
ляет показатели супергетеродинного РПУ. В первую очередь преобра-
зователь влияет на такой показатель, как диапазон частот. Перекры-
тие заданного диапазона частот зависит от работы гетеродина, который
должен обеспечить устойчивую генерацию на всем диапазоне принима-
емых частот. Амплитуда напряжения гетеродина в пределах диапазона
должна сохраняться относительно постоянной, так как она определяет
параметры преобразования и. следовательно, постоянство коэффици-
ента передачи преобразователя по диапазону.
Значение ПЧ сильно влияет на работу супергетеродинного РПУ и
сказывается на его чувствительности, избирательности и полосе про-
пускания. Высокая избирательность по соседнему каналу обеспечива-
ется при низкой ПЧ. Хорошая избирательность по зеркальному каналу
обеспечивается при высокой ПЧ. Удовлетворить требования высокой
избирательности одновременно по обоим каналам затруднительно, по-
этому выбор ПЧ представляет инженерный компромисс. В частности,
в профессиональных приемниках применяют несколько преобразований
частоты.
Первая ПЧ имеет высокое значение, что обеспечивает избиратель-
ность по зеркальному каналу. Последняя ПЧ для обеспечения изби-
рательности по соседнему каналу обычно имеет низкое значение. При
выборе значений ПЧ следует учитывать, что она не должна находиться в
полосе принимаемых сигналов. Из этого следует, что значение первой
ПЧ должно меняться в зависимости от частоты принимаемого сигнала,
Кроме того, следят, чтобы в полосу ПЧ не попадали гармоники гетеро-
динов.
В ряде случаев достаточно иметь двойное преобразование частоты
(рис. 2.4). В таком супергетеродинном РПУ имеются два преобразо-
вателя частоты и два усилителя промежуточной частоты. Для обес-
печения высокой избирательности по зеркальному каналу первая ПЧ
выбирается достаточно большой; высокая избирательность по сосед-
нему каналу, а также узкая полоса пропускания обеспечиваются при
достаточно низкой второй ПЧ.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
33
Рис. 2.4. Структурная схема линейного тракта супергетеродина с двойным
преобразованием
Недостатком супергетеродинного приема является появление по-
бочных каналов приема: некоторые сигналы могут поступать в приемник
через антенную цепь и вызывать появление выходного сигнала даже при
отсутствии полезного сигнала на частоте настройки. Побочный канал
приема — полоса частот, находящаяся за пределами основного канала
приема, в которой радиопомеха вызывает появление отклика, обуслов-
ленного ее прохождением на вход устройства демодуляции или детек-
тирования. К побочным каналам приема относятся каналы, включающие
промежуточные частоты, зеркальные частоты, комбинационные частоты
и частоты, которые в целое число раз меньше частоты настройки ра-
диоприемного устройства, а также промежуточных и зеркальных частот.
2.2. Основные характеристики
радиоприемных устройств
Наиболее важными характеристиками, определяющими эффектив-
ность использования радиоприемных устройств в системах радиомони-
торинга, являются:
• диапазон рабочих частот;
• амплитудно-частотная характеристика (АЧХ);
• неравномерность коэффициента передачи в рабочем диапазоне;
• коэффициент стоячей волны по напряжению для входа приемника;
• избирательность по побочным каналам приема:
• избирательность по соседним каналам приема;
• коэффициент шума и предельная чувствительность радиоприем-
ного устройства;
• чувствительность радиоприемного устройства по выходу демодуля-
тора;
• динамический диапазон и точки пересечения по интермодуляции
второго и третьего порядка;
• порог появления эффекта блокирования,
• величина перекрестных искажений;
• фазовые шумы, стабильность и скорость настройки синтезатора;
2—5729
34
Глава 2
• масса и габаритные размеры;
• сложность в производстве и эксплуатации, стоимость.
Диапазон рабочих частот радиоприемника — это диапазон воз-
можных частот настройки, в границах которого обеспечиваются его ос-
новные характеристики. При плавной перестройке диапазон задают
предельными частотами /о min — /ошах- Относительный диапазон харак-
теризуют коэффициентом перекрытия кп = fQ Inin/fOma.K. Измерительные
радиоприемники, анализаторы спектра, селективные микровольтметры
отличаются большими коэффициентами перекрытия.
Амплитудно-частотная характеристика линейного тракта при-
ема — это зависимость сквозного коэффициента передачи при фик-
Рис. 2.5. Оценка неравномерно-
сти АЧХ линейного тракта приема
сированной частоте настройки РПУ.
Пример АЧХ показан на рис. 2.5. Коли-
чественно АЧХ оценивается четырьмя
параметрами: избирательностью к^
при заданной расстройке Д/, полосой
1Ц при заданной неравномерности 5’,а,
коэффициентом прямоугольности
112/П\ при заданных уровнях ослабле-
ния 5п1/5112> неравномерностью АЧХ в
полосе прозрачности Snl.
На практике коэффициент переда-
чи тракта РПУ меняется в зависимости
от частоты. Пример подобной зависи-
мости показан на рис. 2.6. Обычно в пределах одного поддиапазона
неравномерность коэффициента передачи меняется плавно, а местах
стыков поддиапазонов наблюдаются разрывы сквозной АЧХ, что свя-
зано с коммутацией трактов приемника при перестройке, например, с
последней частоты предыдущего поддиапазона на первую частоту сле-
дующего поддиапазона.
Неравномерность коэффициента передачи Sk оценивают по мак-
симальному относительному отклонению коэффициента передачи А’тах
от его среднего значения к0:
(2.2)
SK = 20 lg[(fc,„ax -к^/кл
Рис. 2.6. Амплитудно-частотная характеристика тракта РПУ: /1 — нижняя
частота рабочего диапазона; fk — верхняя частота рабочего диапазона
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
35
При использовании РПУ для измерения уровней сигналов нерав-
номерность АЧХ определяет более жесткую (метрологическую) характе-
ристику — предел допускаемой относительной погрешности измерения
уровней: максимальное относительное отклонение измеренной величи-
ны от ее действительного значения.
Коэффициент стоячей волны по напряжению. Если входной им-
педанс (комплексное сопротивление) приемника отличается от сопро-
1ивления кабеля антенной системы, то не вся мощность, передаваемая
но кабелю, будет поступать в приемник Часть мощности сигнала будет
отражаться обратно. Отраженный сигнал будет складываться с падаю-
щим, когда фазы их совпадают, и вычитаться, когда он будет находить-
ся в противофазе. В результате в подводящем кабеле появится ряд
максимумов и минимумов напряжения на интервалах, равных половине
длины волны. Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) —
ого отношение максимума напряжения к его минимуму:
min •
(2.3)
ПОСКОЛЬКУ (7tnax ~ ^пад (Х>тр > ^Anin — СА>ад ^Л>тр > ГДе С/па.д НЭ-
нряжение падающего сигнала, Е7отр — напряжение отраженного сигнала,
выражение (2.3) можно переписать следующим образом:
над = 1 * у
’-'min 1 ’-'отр/ ^пад "1
<де г = С/отр/^пад — отношение напряжений отраженного и падающего
сигналов.
Поскольку отношение мощностей
/над сигналов
max
(2 4)
отраженного Ротр и падающего
отр
(2.5)
2 _ ОТР
т ' Tp~
пад
пад
КСВН можно записать в следующем виде:
пад
(2.6)
На рис. 2.7 представлена зависи-
мость КСВН от отношения мощности
отраженной волны к мощности пада-
ющей волны. Если входное сопротив-
пение приемника чисто активно и рав-
но волновому сопротивлению входно-
ю кабеля, то КСВН S = 1 и отражен-
ная мощность отсутствует. Если вход-
ное сопротивление не равно волново-
му сопротивлению кабеля, то КСВН
становится больше единицы. Если от-
над
Рис. 2.7. Зависимость КСВН от
отношения мощности отраженной
волны к мощности прямой волны
36
Глава 2
раженная мощность равна 10 % падающей мощности, то КСВН S 2,
если отраженная мощность составляет 25 % падающей, то КСВН S = 3.
На практике для входных усгройств радиоприемных устройств допусти-
мым считается КСВН S < 3.
В англоязычной технической литературе для обозначения КСВН ис-
пользуется сокращение VSWR (Voltage Standing Wave Ratio).
Основной канал и побочные каналы приема. Полоса частот, в
которой находится спектр принимаемого сигнала, образует основной
канал приема. Частотные полосы, которые примыкают к основному ка-
налу и могут быть заняты спектрами посторонних сигналов, образуют
соседние каналы приема.
Образование побочных каналов приема объясняется преобразова-
нием частот в супергетеродинных приемниках. Процесс преобразо-
вания частоты состоит в трансформации напряжения высокой частоты
(сигнала на частоте настройки) /0 в напряжение другой ПЧ /|1Ч без изме-
нения вида и характера модуляции. При преобразовании частота может
как понижаться (/пч < /0), так и повышаться (/11ч > /0).
Преобразователь частоты обычно состоит из местного гетероди-
на — маломощного генератора, генерирующего колебания частоты
и смесителя — элемента, в котором смешиваются колебания исходного
сигнала и сигнала гетеродина и выделяется одна из комбинационных
частот, например, с понижением частоты (рис. 2.8):
(2-7)
Эта комбинационная частота и является промежуточной частотой. Та-
ким образом, в преобразователе частоты происходит изменение несу-
щей частоты сигнала без искажения содержащейся в сигнале инфор-
мации.
Смеситель частот создает спектр комбинационных частот при пода-
че на нее двух или более сигналов разной частоты. В нем происходит
перенос спектра сигнала в область ПЧ без нарушения амплитудных и
фазовых соотношений составляющих. Однако так же можно принять
радиоизлучение и выше частоты гетеродина:
/пч = /о - /г-
(2-8)
АЧХ преселектора
АЧХ тракта
/ПЧ
Рис. 2.8. Смещение частоты принимаемого
сигнала
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
37
Таким образом, полезному каналу с приемом сигнала на частоте /с
сослветствует паразитный канал с приемом на зеркальной частоте f3K
(рис. 2.9):
/зк =/с + 2/11ч. (2.9)
Все внутренние параметры преобразователей частоты для зеркаль-
iioio канала и канала на частоте сигнала совершенно одинаковы, no-
il ому зеркальный канал является одним из наиболее опасных пара
1И1ных каналов приема.
При использовании суммарной частоты /пр = /г+/с частота зеркаль-
ною канала
Ак =2/пр-/с. (2.10)
Другим побочным каналом, который называют каналом прямого
прохождения, является канал, частота которого равна промежуточной
(рис. 2.10). Если на вход преобразователя частоты поступает сигнал,
частота которого равна промежуточной, то происходит прямое прохож-
дение этого сигнала без преобразования частоты, но с усилением в
преобразователе частоты и в каскадах тракта промежуточной частоты.
Частота канала прямого прохождения постоянна и равна промежу-
i очной частоте, в то время как частота зеркального канала каждый раз
меняется при перестройке приемника. Канал прямого прохождения, не
« вязанный с преобразованием частот, является столь же опасным, как
и зеркальный канал. Однако при оценке опасности указанных пара-
Рис. 2.10. Образование канала прямого
прохождения
38
Глава 2
зитных каналов следует учитывать, что канал прямого прохождения с
выбранной /11Ч фиксирован, а зеркальный канал перемещается за кана-
лом полезного сигнала. Поэтому вероятность прохождения помехи по
зеркальному каналу выше, чем по каналу прямого прохождения.
Борьба с побочными каналами приема возможна только в цепях
до преобразователя частоты — во входных цепях, цепях преселекто-
ра и усилителя высокой частоты. Для устранения помех станций, ча-
стота которых равна или близка к промежуточной частоте, на входе
приемника (в тракте сигнальной частоты) часто включают специаль-
ные фильтры-пробки.
Побочными каналами являются также каналы, частоты которых от-
личаются от гармоник гетеродина 2/г, 3/г..kfr на величину /пч:
/поб = Vr ±/пч, (2-11)
где к — любое целое число.
Побочный канал на комбинационных частотах /кк образуется в ре-
зультате взаимодействия составляющих спектра преобразователя ча-
стоты с частотой гетеродина или его гармоник (рис. 2.11):
mfKK = nft. ± /пч, (2.12)
где т, п — любые положительные и отрицательные целые числа. Ча-
стота побочного комбинационного канала
Лк = (1 /т)/пч ± {n/m)fT. (2.13)
Интерференционный свист (на выходе демодулятора) или появле-
ние «двойников» принимаемого сигнала (на спектральной диаграмме) —
вид искажений, связанных с происходящими в преобразователе нели-
нейными процессами. В выходной цепи преобразователя, кроме ПЧ,
могут возникнуть комбинационные частоты, близкие к ПЧ. Так, если при-
нимаемый сигнал расположен на частоте в к раз ниже частоты какого-
либо побочного канала.
fc=f.o&/k, (2.14)
то вследствие искажений в смесителе образуется помеха от k-й гармо-
ники сигнала.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
39
Для основного канала приема смещению по частоте входного сиг-
нала на некоторый тестовый шаг Л/ соответствует такое же смещение
но частоте выходного сигнала на величину Д/. При этом знак смеще-
ния зависит от конкретного положения гетеродина относительно при-
нимаемого сигнала для данной частоты настройки. Для зеркального
канала в этом случае смещению по частоте входного сигнала на неко-
юрый тестовый шаг Д/ соответствует обратное смещение по частоте
выходного сигнала на величину минус Д/ (см рис. 2.8 и 2.9). Этот
свойство используется для различения сигналов основного и зеркаль-
ного каналов приема.
Для побочных комбинационных каналов, побочных каналов на ча-
стотах, в целое число раз меньше частот настройки РПУ, промежуточ-
ных частот, зеркальных частот смещению по частоте входного сигнала
на некоторый тестовый шаг Д/ соответствует смещение по частоте вы-
ходного сигнала на величину кратную Д/ пропорционально значениям
и знакам коэффициентов ?л, и п (соответственно порядку комбинации).
Коэффициенты передачи в полосах основного канала, побочного
канала на зеркальной и промежуточной частотах не зависят от уров
ня входного сигнала (при условии, что тестовые сигналы достаточно
малы и режим перегрузки не возникает). При этом изменению уров-
ня входного сигнала на некоторую тестовую величину Д17 соответству-
ci адекватное изменение уровня выходного сигнала приемника на та-
кую же величину ДЕЛ
Коэффициенты передачи в полосах побочных комбинационных ка-
налов, побочных каналов на частотах в целое число раз меньших ча-
стоты настройки РПУ, промежуточных и зеркальных частот зависят от
уровня входного сигнала. При этом изменению уровня входного сиг-
нала на некоторую тестовую величину Д(7 соответствует неадекватное
изменение уровня выходного сигнала приемника на величину k/±U, где
/.: — множитель, зависящий оз величины входного сигнала и уровня его
। армоник, вида нелинейности преобразователя, величины и знака Te-
l: ювого воздействия ДЕЛ
Таким образом, существует множество сигналов на разных часто-
iax, преобразуемых в колебания одной и той же ПЧ, в общем слу-
чае количество этих сигналов бесконечно. Из этого множества толь-
ко один сигнал является полезным, остальные соответствуют паразит-
ным каналам приема, поэтому ослабления побочных каналов и канала
прямого прохождения должны жестко регламентироваться в техниче-
ских требованиях к РПУ.
В англоязычной литературе для обозначения промежуточной ча-
<.юты используется сокращение IF (Intermediate Frequency — проме-
жуточная частота), для обозначения гетеродина (местного генерато-
ра) — LO (local oscillator).
Избирательность, или селективность, приемника — его спо-
собность отделять полезный сигнал, на который настроен приемник, от
40
Глава 2
мешающих сигналов, поступающих через антенную цепь. В большин-
стве случаев уровень помех в приемной антенне превышает уровень
полезного сигнала, что подчеркивает особую важность данной харак-
теристики приемника. Способность приемника отделять полезный сиг-
нал от мешающих основана на использовании отличительных признаков
полезных и мешающих сигналов — направления прихода излучений и
времени действия, амплитуды, частоты и фазы. Первый признак ис-
пользуется при пространственной селективности, которая реализуется
с помощью антенн с острой диаграммой направленности. Второй от-
личительный признак позволяет осуществить временною селективность,
которая сводится к отпиранию приемника только на время действия по-
лезного сигнала. Различие в амплитудах, частотах и фазах полезного
и мешающих сигналов положено в основу соответственно амплитудной,
частотной и фазовой селективности. Основное значение имеет частот-
ная селективность. Это объясняется тем, что в системах радиосвязи
сигналы отличаются по частоте, и их разделение можно осуществить с
помощью резонансных цепей и фильтров. Различают два вида селек-
тивности: односигнальную и реальную.
Односигнальная избирательность определяется АЧХ фильтров ра-
диотракта приемника без учета нелинейных явлений при действии на
входе только одного сигнала (либо полезного, либо мешающего). Ко-
личественно односигнальная избирательность оценивается отношени-
ем уровня испытательного сигнала на частоте помехи к его значению
на частоте полезного сигнала при неизменной настройке и одинаковым
выходном напряжении или отношением, показывающим, во сколько раз
усиление радиотракта или отдельного каскада приемника для полезного
сигнала больше усиления для мешающего сигнала
Измерение односигналы юй избирательности используется для оп-
ределения рабочих характеристик на достаточно малых уровнях вход-
ного радиосигнала, что позволяет избежать влияния нелинейных про-
цессов (например, вызванных перегрузкой) на результаты измерений.
Цепи автоматической подстройки (частоты, усиления и т.п.) во вре-
мя этих измерений отключаются.
Если в технических требованиях на приемник не оговорены частоты,
на которых должна измеряться избирательность, то ее следует измерять
на крайних частотах настройки и в середине каждого поддиапазона.
Для снятия кривой селективности односигнальным методом пользуются
структурной схемой, приведенной на рис. 2.12
Обобщенная методика снятия кривой селективности заключается в
следующем. Настраивают приемник РПУ и генератор сигналов (ГС) на
нужную частоту Устанавливают уровень выходного сигнала и величину
ослабления вспомогательного аттенюатора такими, чтобы отсутствова-
ли нелинейные явления при приеме испытательного сигнала на частоте
настройки. Фиксируют уровни выходного (как нормальный уровень
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
41
Рис. 2.12. Структурная схема измерения односигнальной избирательности
выходного сигнала приемника) и входного сигналов приемника. За-
тем повышают частоту ГС на некоторую величину Д/. После этого уве-
личивают сигнал ГС до уровня, при котором уровень выходного сигнала
приемника вновь станет нормальным UH. Фиксируют уровень входного
сигнала приемника во второй точке измеряемой кривой. Измерения
повторяют, увеличивая расстройку Д/ ГС до необходимого значения
Затем такими же ступенями изменяют расстройку ГС в область частот,
меньших чем частота настройки приемника.
По полученным данным строят кривую селективности (рис. 2.13)
По ней определяют полосу пропускания, коэффициент прямоугольно-
сти кривой избирательности, ослабление по соседнему каналу. Для
больших расстроек Д/ определяют селективность по зеркальному, пря-
мому и комбинационным каналам. Ослаблением сигнала на побочных
каналах называется отношение уровня входного радиосигнала на ча-
стоте побочного канала, необходимого для получения заданного уровня
выходною сигнала, к уровню полезного радиосигнала, необходимого
для получения такого же выходного сигнала. Характеристика частотной
избирательности по побочным каналам приема при этом определяет
зависимость уровня восприимчивости по побочным каналам приема от
частоты испытательного сигнала. Полосой пропускания П называется
полоса, ограниченная двумя частотами, на которых ослабление уровня
сигнала не выходит за пределы заданной величины.
Крутизна скатов частотной характеристики приемника зависит от
сложности фильтров селекции в линейном тракте приема и показыва-
ет скорость уменьшения коэффициента передачи за пределами полосы
пропускания. Крутизна скатов может измеряться в децибелах на герц
или в децибелах на октаву или декаду (октава — изменение частоты в
два раза, декада — в десять раз).
Рис. 2.13. Кривая селективности радиоприемника
42
Глава 2
Достаточную информацию о селективности при измерении одно-
сигнальным методом можно получить на основе рассмотрения разно-
сти частот, соответствующих ослаблениям сигнала на 20, 40. 60, 80 и
100 дБ, начиная с граничных частот полосы пропускания. Если получен-
ные таким образом величины ослабления близки для нижней и верхней
сторон полосы пропускания, то можно указывать только их среднее зна-
чение.
Внутренние шумы и чувствительность приемника. Собственное
сопротивление антенны, ее тепловой шум и шумы входных цепей радио-
приемника являются факторами, влияющими на чувствительность ра-
диоприемника — т.е. способность приемника обеспечивать прием сла-
бых радиосигналов. Основное влияние имеет шум, возникающий во
входных каскадах радиоприемника, поскольку он усиливается в той же
степени, как и полезный сигнал.
Как известно, каждый проводник, имеющий сопротивление, созда-
ет электрические флуктуации — шум во всем частотном спектре. Этот
шум обусловлен тепловым движением носителей электрического заря-
да. Случайное тепловое движение носителей заряда в проводнике вы-
зывает случайную разность потенциалов на его концах. Эта разность
потенциалов колеблется около среднего значения, равного нулю, а ее
средний квадрат пропорционален абсолютной температуре. Этот шум
называют тепловым. Величина шума зависит от омического сопротив-
ления проводника, его температуры и ширины полосы передаваемого
сигнала. Среднеквадратическое напряжение теплового шума, В, опре-
деляется из выражения
Um = \fakTBR, (2.15)
где к = 1,38 • 10~23 Дж/К — постоянная Больцмана; Т — температура, К;
В — ширина полосы, Гц; R — сопротивление, Ом.
Приемник является устройством, состоящим из множества актив-
ных и пассивных элементов, обладающих активным сопротивлением.
Линейная часть радиоприемника от входа до детектора характеризуется
безразмерным коэффициентом шума F, который показывает во сколь-
ко раз отношение мощностей сигнала и шума на входе Рс/Рш больше
отношения мощностей сигнала и шума на выходе Рсъык/Ршъык [35, 78]:
В настоящее время принято использовать коэффициент шума, вы-
раженный в децибелах. В идеальном нешумящем приемнике коэффици-
ент шума F = 1 (0 дБ), так как сигнал и шум усиливаются в одинаковое
число раз. В реальных приемниках коэффициент шума увеличивается
из-за внутренних шумов, в результате чего мощность шумов на выходе
возрастает, а выходное отношение сигнал-шум уменьшается.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
43
Выходную мощность Р11|ВЫХ можно представить в виде двух слага-
емых: Рш(7, обусловленного усилением шума источника, и Рви, обу-
словленного внутренними, собственными шумами, где G — коэффици-
ент усиления по мощности приемника. Тогда (2.16) можно преобра-
зовать к следующему виду:
(2.17)
Для того чтобы можно было сравнивать различные приемники по
шумовым свойствам, в качестве входного шума Р,„ используют стан-
дартное значение мощности теплового шума резистора R при Т =
= 293 К:
РП1 = 4kTBR.
(2.18)
Иногда используют другое значение температуры — 299 или 300 К, при
этом числовое значение Рш изменяется несущественно.
Чувствительность радиоприемника, оцениваемая лишь значением
мощности сигнала Рс, при которой обеспечивается прием сигнала, учи-
тывает лишь усилительные свойства радиоприемника. Может показать-
ся, что путем увеличения усиления можно осуществлять прием любых
сколь угодно слабых сигналов На самом деле приемник с большим
усилением неизбежно усиливает и свои внутренние шумы, которые и
ограничивают его чувствительность.
Отношение мощности сигнала к мощности шумов на выходе ли-
нейной части приемника характеризует отношение сигнал-шум, иногда
называемое коэффициентом различимости,
Q р- ВЫХ / Рш вых •
(2.19)
Предельная чувствительность приемника равна минимальной мощ-
ности входного сигнала на входе Рс = Рсар при коэффициенте разли-
чимости q - 1, при этом
> = рр
Сир Л ш •
(2.20)
Таким образом, предельная чувствительность
нальна коэффициенту шума.
Уверенный прием полезного сигнала обе-
спечивается при значительном превышении
мощности полезного сигнала Рсвых над шумом
Ли вых. т.е. при коэффициенте различимости
q > 1. Реальная чувствительность приемника
оценивается минимальной мощностью входно-
го сигнала Рс, при котором достигается задан-
ный коэффициент различимости q > 1, т.е.
приемника пропорцио-
Рис. 2.14. Эквивалент-
ная схема для определе-
ния чувствительное ги
РПУ
Рс = FP^q.
(2.21)
44
Глава 2
Получим расчетную формулу для определения реальной чувстви-
тельности радиоприемного устройства. Полагая, что источник имеет
внутреннее сопротивлением RK, как показано на рис. 2.14, мощность
шума на входе приемника
Для того чтобы максимальная мощность отдавалась в нагрузку,
должно выполняться условие равенства внутреннего сопротивления ис-
точника и сопротивления нагрузки Rb>. = RH, тогда
Л.=^/(4Й„), (2.23)
Полагаем, что шумы имеют тепловое происхождение и определя-
ются формулой (2.15), тогда реальная чувствительность приемника
д.д.'У R R
Рс = ^Рш = QP—-ри = qFkTB. (2.24)
4/tH
Чувствительность по мощности можно пересчитать в чувствитель-
ность по напряжению. При согласованной нагрузке Рс = (J^/ARU и
Uc = 2y/qFkTBR„. (2.25)
Следует помнить, что при RK = RbK напряжение на входе прием-
ника в два раза меньше напряжения, действующего на выходе источ-
ника в режиме холостого хода.
Для расчета параметров радиоаппаратуры удобно использовать ло-
гарифмические единицы. Коэффициент шума, выраженный в децибе-
лах,
NF=10lgF. (2.26)
Чувствительность, выраженная в децибелах по отношению к мил-
ливатту (дБмВ), определяется формулой
Рс = 10log () = Ю1д^+1О1д(1,38 Ю-2оГ) + 1О1дВ+Л^Р. (2.27)
у 10 3 J
Проверим, сильно ли меняется чувствительность приемника при из-
менении окружающей температуры. Очевидно, что в последнем выра-
жении от температуры зависит только второе слагаемое а = 10 lg( 1,38 х
хЮ~20Т). При Т = 223 К (-50 °C) а = -175,1 дБм, при Т = 353 К
(+60 °C) h = —173,4 дБм. Таким образом, при изменении темпера-
туры на 110 °C чувствительность изменилась менее чем на 2 дБ. Для
комнатной температуры Т = 293 К (20 °C) выражение (2.24) можно
переписать в упрощенном виде:
Рс = Q- 174+ 101gB + NF, дБм,
(2.28)
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
45
где Q = 101g — требуемое отношение сигнал-шум на выходе прием-
ника (коэффициент различимости), дБ
Для идеального приемника без собственных шумов F = 1, и в по-
лосе 1 Гц пороговая чувствительность, т.е. чувствительность при отно-
шении сигнал-шум на выходе = 0 дБ, равна —174 дБм.
Используя (2.25), при температуре Т = 293 К и входном сопро-
тивлении RK = 50 Ом чувствительность по напряжению, выраженную в
децибелах по отношению к микровольту (дБмкВ), можно вычислить по
формуле
ис = 20 lg (г • WG y/qFkTBR^ = Q - 61 + 101дВ + NF. (2.29)
Например, чувствительность приемника с полосой пропускания В =
= 10 кГц и коэффициентом шума NF = 12 дБ при выходном отно-
шении сигнал-шум Q = 10 дБ
Uc = 10- 61 + 10lg 10000+ 12 = 1 дБмкВ, (2.30)
или в микровольтах Uc = 1,08 мкВ.
В англоязычной литературе для обозначения коэффициента шума
используются термины noise figure или noise factor, для обозначения
чувствительности — sensitivity.
Повышение чувствительности с помощью предварительных
усилителей. Любой усилитель воспринимает шумовой сигнал как вход-
ной сигнал. При последовательном включении электронных звеньев
(каскадов) каждое звено усиливает и сигналы, и шумы, прошедшие че-
рез предыдущие звенья, добавляя при этом собственный шум.
Определим коэффициент шума последовательного соединения
трех звеньев, показанных на рис. 2.15. В соответствии с формулами
(2.16) и (2.17) общий коэффициент шума
где Gi, С2, G3 — коэффициенты усиления по мощности первого, второго
и третьего звена; Рш2 — выходной шум второго звена; Ръа3 — внутренний
(собственный) шум третьего звена. Представляя выходной шум второго
звена в виде суммы внутреннего шума и усиленного входного шума, а
затем аналогично выходной шум первого звена, получим
F = ((РщС, + .P»,„)G2 Л„,)6'з + =
_ PvuGxG^Gz + PbiilGzGs + РъпъОз + РЬН3 qq\
рлсл * (232)
Из (2.17) следует, что
= (F — 1)С?РШ.
(2.33)
46
Глава 2
Рис. 2.15. Последовательное соединение каскадов в РПУ
Подставляя Рвн в (2.32), получим
= + (Ft — 1 )GlG2G3 + (F2 - 1 )G2Gs + (F3 — 1 )G3]
PwGlG2G3
(2.34)
Выполнив сокращения, получим окончательный вариант коэффици-
ента шума для трех последовательно включенных звеньев:
т, F2 - 1 F3 - 1
7' -/, + +(2.35)
От [Ст 2
По аналогии с (2.35) запишем выражение для коэффициента шума
для произвольного числа последовательных звеньев:
F> — 1 F3 — 1 Fm — 1
F = Fi + —--+ - 3 - + ... + —--, (2.36)
1 G, G,G2 ’
11 Gm
m= 1
где M — число звеньев. В литературе последнее выражение назы
вают формулой Фрииса [78].
Из формулы Фрииса видно, что шум всей цепи определяется в
первую очередь параметрами первого звена. Вкладом последующих
компонентов практически можно пренебречь, если коэффициент усиле-
ния первого звена будет большим.
Следует отметить, что коэффициент шума и коэффициент пере-
дачи каждого звена в общем случае будут зависеть от частоты, т.е.
иметь разные значения в разных частотных диапазонах. Это означа-
ет, что конкретные расчеты можно проводить только в определенных
частотных интервалах.
Как правило, РПУ подключается к антенной системе с помощью со-
единительного кабеля. Как и любой электрический прибор с потерями,
коаксиальный кабель имеет собственный уровень шума. При комнатной
температуре коэффициент шума коаксиальной линии равен потерям в
ней. С увеличением частоты потери в коаксиальном кабеле растут.
На рис. 2.16 приведены зависимости погонного ослабления (на 1 м
длины) от частоты для некоторых марок отечественных коаксиальных
кабелей. Как видно из рисунка, величина затухания сигнала в кабе-
ле, а следовательно, и его коэффициент шума растут с увеличением
частоты передаваемого сигнала. Значения затухания данных гибких ко-
аксиальных кабелей на частоте 1000 МГц находятся в пределах от 0,1
до 0,6 дБ/м, на частоте 2000 МГц — в пределах от 0,2 до 1 дБ/м.
При достаточной длине кабеля его коэффициент шума будет весь-
ма значительным, что резко уменьшит чувствительность радиоприем-
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
47
Рис. 2.16. Зависимость ослабления в коаксиальных кабелях от частоты
ной системы. Например, если потери в кабеле на частоте 2000 МГц
составляют 0,5 дБ/м, то кабель длиной 30 м будет иметь коэффици-
ент шума NF = 15 дБ.
Первым возможным вариантом уменьшения коэффициента шума
кабельной линии является использование кабеля с меньшим затухани-
ем. К сожалению, цена подобного кабеля с малыми потерями очень вы-
сока.
Вторым возможным вариантом является минимизация длины ка-
беля или, в идеальном случае, установка РПУ непосредственно у при-
емной антенны. Если приемник имеет малые габаритные размеры, то
тогда эта задача существенно упрощается, например приемник радио-
пеленгационной системы можно разместить непосредственно в осно-
вании антенной решетки (см. гл. 7).
Наконец, третьим возможным вариантом уменьшения влияния ко-
эффициента шума кабеля является применение малошумящего усили-
теля (МШУ), размещенного в непосредственной близости к приемной
антенне (рис. 2.17). Усилитель должен иметь коэффициент шума, не
превышающий несколько децибел, а также необходимое усиление.
Пример. Используется МШУ с коэффициентом шума NF\ = 4 дБ и усиле
нием </\ = 30 дБ, соединительный кабель имеет коэффициент шума NF? = 10 дБ
и ослабляет сигнал на р2 = -10 дБ, приемник имеет коэффициент шума NF3 =
= 12 дБ.
Рис. 2.17. Пример использования малошумящего предварительного усилителя
для уменьшения влияния коэффициента шума кабельной линии
48
Глава 2
Переведем эти значения в абсолютные единицы. Для МШУ Fi = 1OWFi/10 =
= 1О4/10 = 2,512, Gi = IO®1/10 = 1О30/10 = 1000. Аналогично получим для кабеля
и приемника: F? = 10; д2 = 0,1; F3 = 15,849.
Найдем общий коэффициент шума
= 2,512 +
10- 1
1000
15.849 - 1
1000 • 0/Г
= 2,67,
(2.37)
или в децибелах NF = 4,3 дБ. Если бы предварительного усилителя не бы-
ло, то общий коэффициент шума
F* = F2 +
F3 — 1
“ёГ
_ 15,849-1
10 + —-------
= 158,69,
(2.38)
или в децибелах NF* = 22 дБ. Таким образом, предварительный усилитель с
собственным коэффициентом шума NF[ = 4 дБ и усилением д{ = 30 дБ повысил
чувствительность системы на Д = NF* - NF = 22 — 4,3 = 17,7 дБ.
Возникает вопрос, а как при заданном коэффициенте шума пра-
вильно выбрать коэффициент усиления МШУ? С увеличением коэф-
фициента усиления предварительного усилителя д{ общий коэффици-
ент шума системы асимптотически будет стремиться к его собствен-
ному коэффициенту шума.
На рис. 2.18 приведены зависимости коэффициента шума системы
от коэффициента усиления МШУ для трех типов соединительного кабе-
ля с коэффициентом шума 5, 10 и 15 дБ. Значения других параметров
системы остались без изменений. Из приведенных зависимостей вид-
но, что при использовании кабеля с коэффициентом шума NF2 = 5 дБ
необходимое усиление предварительного усилителя должно быть около
20 дБ, для кабеля с коэффициентом шума 10 дБ необходимо усиление
25 дБ, наконец, для кабеля с коэффициентом шума 15 дБ необходи-
мо усиление 30 дБ. При этом очевидно, что дальнейшее увеличение
усиления предварительного усилителя практически не улучшает коэф-
фициент шума системы.
Рис. 2.18. Зависимость коэффициента шума системы от коэффициента
усиления предварительного усилителя
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
49
Если широкополосные сигналы имеют высокий уровень и занима-
ют широкую полосу частот, то предварительный усилитель может пе-
регрузиться. Следовательно, главное внимание нужно уделять его ли-
нейности, особенно, если на его входе нет фильтров предварительной
селекции. Кроме того, в измерительных системах должен использо-
ваться МШУ с калиброванным усилением, чтобы свести к минимуму
погрешности измерения.
Выбор коэффициента усиления предварительного усилителя.
Под динамическим диапазоном D приемника (или его отдельных каска-
дов) понимается отношение уровней максимально возможного и мини-
мально возможного входного сигнала. Обычно динамический диапазон
выражается в децибелах, тогда
D = 20lg(^^) = 10lg = 10lg(P.xm„) - 10 lg(P„x
(2.39)
Минимальные значения уровней обычно равны пороговой чувствитель-
ности приемника, максимальные значения определяются допустимым
уровнем нелинейных искажений на выходе.
Вернемся к типовой схеме подключения антенной системы к РПУ с
помощью соединительного кабельной линии. Как было показано выше,
для того чтобы уменьшить вредное влияние собственных шумов кабе-
ля, необходимо сразу после антенной системы устанавливать предва-
рительный усилитель с малым коэффициентом шума. Увеличение ко-
эффициента усиления асимптотически уменьшает общий коэффициент
шума системы. Для гипотетического случая, когда коэффициент уси-
ления равен бесконечности, коэффициент шума всей системы будет
равен коэффициенту шума усилителя.
В приведенном выше примере МШУ с собственным коэффициен-
том шума TVFi = 4 дБ и усилением дг = 30 дБ повысил чувствительность
системы на Д = 17,7 дБ, т е. фактически на эту величину расширил ди-
намический диапазон системы в области малых значений.
С другой стороны, с увеличением коэффициента усиления дина-
мический диапазон системы в области больших значений уменьшает-
ся на разность между коэффициентом усиления усилителя и величи-
ной, на которую расширился динамический диапазон в области малых
значений. Например, в рассмотренном выше примере динамический
диапазон системы уменьшился на дх — Д = 30 — 17,7 - 12,3 дБ. Из
рис. 2.18 видно, что, начиная с некоторой величины, увеличение коэф-
фициента усиления предварительного усилителя практически не приво-
дит к уменьшению коэффициент шума. Следовательно, чтобы избежать
чрезмерного уменьшения динамического диапазона, коэффициент уси-
ления предварительного усилителя не должен превышать некоторого
необходимого значения, достаточного для получения требуемого коэф-
фициента шума и чувствительности системы. Из рис. 2.18 видно, что
50
Г лава 2
если задаться общим коэффициентом шума системы NF 5 дБ, то
при кабеле с NF2 = 5 дБ коэффициент усиления МШУ « 20 дБ, для
кабеля с NF2 = 10 дБ (д %; 25 дБ, наконец, для кабеля с коэффици-
ентом шума NF-2 = 15 дБ к, 30 дБ.
Преимущество использования встроенного приемника. Тре-
тьим, наиболее предпочтительным вариантом уменьшения влияния ка-
беля снижения, является минимизация длины кабеля или, в идеальном
случае, установка РПУ непосредственной близости от приемной антен-
ны. Если приемник имеет малые габариты, то тогда эта задача су-
щественно упрощается, например приемник радиопеленгационной или
измерительной системы можно разместить непосредственной близо-
сти от антенны или непосредственно в основании антенной решетки
(см. разд. 6.4 и 7.19).
Чем длиннее кабель снижения, тем больший коэффициент усиления
должен быть у МШУ. Но, если коэффициент усиления выбрать слишком
большим, это приведет к значительному уменьшению динамического
диапазона приемного тракта. Чтобы избежать подобного уменьшения
динамического диапазона, необходимо для каждого возможного затуха-
ния кабеля снижения иметь МШУ с соответствующим коэффициентом
усиления, что усложняет производство, так как расширяет номенклату-
ру необходимых активных антенных элементов. Если радиоприемное
устройство встроено в антенную систему, то имеем фиксированное за-
тухание между АЭ и радиоприемным устройством и в подобном расши-
рении номенклатуры и усложнении производства не возникает нужды
В условиях высокой загруженности радиочастотного диапазона, ко-
гда сигналы в эфире имеют высокий уровень или занимают широкую
полосу частот, буферный усилитель может перейти в нелинейный ре-
жим. Чем больше коэффициент усиления МШУ, тем быстрее наступит
нелинейный режим, следовательно, вариант встроенного в антенную
систему приемника и здесь предпочтителен.
Использование малошумящего предварительного усилителя в со-
ставе измерительной системы сопряжено с дополнительными трудно-
стями, поскольку он должен иметь калибровочную таблицу зависимости
усиления от частоты для всего диапазона рабочих частот.
Антенный эффект в высокочастотных кабелях снижения существен-
но ухудшает точность и чувствительность пеленгования, поскольку за
счет наведенного сигнала нарушаются фазовые и амплитудные соотно-
шения в опорном и коммутируемом каналах приема (см. главу 7).
В случае встроенного в антенную систему приемника по кабелям
снижения передается сигнал на сравнительно низкой промежуточной
частоте. Устранение антенного эффекта обусловлено тем, что сигнал
промежуточной частоты, как правило, не равен частоте принимаемого
сигнала, а кроме того, на сравнительно низкой ПЧ улучшаются условия
буферирования, уменьшаются потери, что делает возможным передачу
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
51
сигнала на большие расстояния — до нескольких сотен метров. Предва-
рительно отфильтрованный сигнал промежуточной полосы с ограничен-
ной полосой частот технически проще усилить и передать без потерь,
наводок, нарушения неравномерности амплитудно-частотной характе-
ристики и нелинейных искажений по длинным кабелям снижения, чем
широкополосный сигнал высокой частоты. Относительно узкая полоса
сигнала 114 позволяет также организовать управление радиоприемным
трактом по тем же кабелям снижения.
Еще один важный фактор, делающий предпочтительным использо-
вание встроенного приемника, заключается в том, что появляется воз-
можность использования недорогих коаксиальных кабелей, что резко
снижает стоимость аппаратуры без снижения ее технических парамет-
ров.
Многосигнальная избирательность приемника характеризует
способность приемника выделять слабый полезный сигнал в присут-
ствии мощных мешающих сигналов, находящихся вне полосы приема.
Помехи от этих сигналов возникают в смесителе. Если бы смеситель
абсолютно точно перемножал напряжения сигнала и гетеродина, то ни-
каких помех от внеполосных сигналов не возникало бы вообще. Каждый
входной сигнал давал бы на выходе смесители свою разностную ча-
стоту, и многосигнальная избирательность приемника совпадала бы с
односигнальной избирательностью. Реальные смесители такой способ-
ностью не обладают. Они, во-первых, смешивают различные входные
сигналы между собой так, что один служит гетеродинным сигналом для
другого, а это вызывает интермодуляционные помехи; во-вторых, де-
тектируют сигналы, что приводит к перекрестным помехам — переносу
модуляции с мешающего сигнала на полезный; в-третьих, детектиру-
ют мощный входной сигнал, что приводит к блокировке — изменению
коэффициентов передачи линейных каскадов.
Интермодуляционные помехи. Интермодуляция в приемнике —
это возникновение помех на выходе радиоприемника при действии на
его входе двух и более мешающих сигналов, частоты которых находят-
ся вне основного и побочных каналов приема. Такие помехи называют
интермодуляционными. Причина их появления — нелинейность ампли-
тудной функции передачи сигнала активных элементов ВЧ тракта.
Амплитудной характеристикой (АХ) приемника или его отдельных
каскадов называется зависимость амплитуды (или действующего зна-
чения) выходного напряжения от амплитуды (или действующего напря-
жения) входного гармонического напряжения постоянной частоты. На
рис. 2 19 штриховой линией приведена АХ идеального тракта, сплош-
ной — АХ реального тракта.
Характеристика реального тракта разбивается на следующие участ-
ки: участок суперпозиции сигнала и шумов (помех) — I (между точ-
ками Ulu и tZBxmin), линейный участок — II (между точками t4xrnin и
52
Глава 2
Рис. 2.19. Амплитудная характе-
ристика тракта
ствием флуктуационных шумов и
^Лхп.ах), участок перегрузки — III
(между точками (7вхтах и (7Пк) Ам-
плитудные характеристики идеально-
го и реального трактов совпадают на
линейном участке II от (7вхтй1 до
max • На этом участке АХ — прямая
линия, угол наклона которой опреде-
ляет коэффициент передачи тракта
по напряжению
На участке II при Г7ВХ < Unx min АХ
реального тракта не проходит через
начало координат. Даже при (7ВХ = О
на выходе тракта имеется некоторое
напряжение Ua, обусловленное дей-
помех в тракте.
На участке III при (/вх > UKKmAX АХ реального тракта отстает от
АХ идеального тракта, что связано с перегрузкой реального тракта при
больших уровнях входного сигнала. Для нормальной работы тракта
должно соблюдаться условие C4xmin < Unx <
Рассмотрим влияние нелинейности функции передачи аналогового
тракта на изменение амплитуды полезного сигнала.
Аппроксимация коэффициента передачи тракта весьма сложна, но
основные закономерности нелинейных преобразований можно уяснить,
если воспользоваться простой моделью в виде нелинейного четырехпо-
люсника, у которого вольтамперная (амплитудная) характеристика, т.е.
зависимость тока выходного сигнала от напряжения входного, имеет
вид степенного многочлена'
оо
«вых = ЬкП^ ~ Ь° + + Ь^ + Ьзи** + + " •
fc=O
(2.40)
Для анализа возникающих в результате нелинейного преобразова-
ния комбинационных составляющих ограничимся кубичным полиномом:
3
«вых = bkU™ =Ьо + blU™ + &2?Zbx + (2.41 )
к=0
В качестве мгновенного значения входного сигнала щ,х примем сумму
двух сигналов:
иъх - +и2 = Ui cos + U2 cos w2t.
(2.42)
Подставив выражение (2.42) в (2.41), после возведения в степень
получим
«вых(0 = b0 + bicosc^t + brU2 cos + b2U^ cos2 +
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
53
+ 2b2UiU2 cost^i cosu^t + b2U2 cos2 uj2t + b3Uf cos3 cd\t +
+ 3b3U[U2 cos2 a)xt cos a)2t + 3b3U3Ui cos^ aht cos wit + b3U2 cos ' w2t.
(2.43)
Используя известные тригонометрические соотношения:
cos2 а = i(1 + cos 2a); cos a cos ft = i[cos(a — ft) + cos(a + /3)];
9 , 1 .. cos(2a + ft) cos(2a - ft)
cos a cos ft = - cos ft +--------+------------- ;
2 2 2
1
(2.44)
2 L
, 3 1
cos a = - cos a + - cos 3a,
4 4
формулу (2.43) преобразуем к виду
, r 62t/,2 b2 (7.2 cos 2a
глыМ = + bi [ft cos w ft + bftJ2 cos w2t + —— +-----------
+ b2UftJ2 cos(u;iZ + cj2£) + boUiU-2 cos(u;iZ — ш2£)+
b2 U3 b-> U3 cos 2cj2 t 3b3 U3 cos cj t t b3 U3 cos 3u> j t
4- ---£_ 4- ——z---------— 4- -----1 ------ + -------------
2 2 4 4
3b3U^U2 cosuj2t 3b3UfU2 cos(2(jjit — w2t)
4- ----------------- 4- ------------------------ +
2 4
3b3U?U2 cos(2wi£ +ш2£) 3bAU;U{ coswft
4- ----£-------------------- 4- ---—------------ +
4 2
3b3U?Ui cos(2cj2i + wft) 3b?,U3Ui cos(2a?2t — cj^)
4- 1—£_-------------------- 4- ---z-------------------4-
4 4
3b/Ui coscj2i b3U3 cos3cj2t
4- L £---------- 4- —— ---------.
4 4
Следует отметить, что использование кубичного полинома для ап-
проксимации коэффициента передачи радиоприемного тракта позволя-
ет проиллюстрировать возникновение гармоник и новых частотных со-
ставляющих, но не обеспечивает корректное вычисление амплитуд этих
составляющих, соответствующих практическим амплитудным характе-
ристикам. В технической литературе рассматриваются более сложные
методы анализа нелинейных преобразований, например базирующиеся
на использовании рядов Вольтерра [45].
Тем не менее рассмотренный пример показывает, что в спектре
тока, текущего через нелинейный элемент, характеристика которого за-
дается полиномом третьей степени, помимо составляющих на частотах
cjt и ш2, возникают дополнительные спектральные составляющие, ча-
стоты которых представлены в табл. 2 1
Частоты спектральных компонентов на выходе нелинейного эле-
мента принято называть комбинационными частотами. Комбинацией-
54
Глава 2
Таблица 2.1
Комбинационные составляющие
Порядок комбинацион- ной частоты N Частоты
1 2 3 tui; w2 2(x’i: 2cv2; uj] + ил>: Ш] —ujo. ; Зил> > 2cv>i + u2 > > 2йл + tiJi: 2iv2 —
ные частоты задаются выражением вида
W = 1^10?! + П2Ш2 + + + ---|, (2.46)
где п — любые положительные и отрицательные целые числа, включая
нуль.
Комбинационные частоты принято группировать, объединяя вме-
сте все частоты, для которых
Лг= Ы + Ы + ... + |л™[. (2.47)
Число N называют порядком комбинационной частоты. Существует за
кономерность [36]: слагаемое со степенью N в нелинейной характери-
стике тракта обусловливает появление комбинационных составляющих
с предельным порядком, равным N. Если N четное число, то возникают
комбинационные составляющие четных порядков: N, N—2, 7V-4 вплоть
до постоянной составляющей N = О Если N нечетное число, то порядки
комбинационных частот также нечетны: N, N — 2, N—4 вплоть до N - 1.
Интермодуляционные характеристики являются крайне важными
показателями для определения качества, так как в большинстве случаев
приемник вынужден работать в сложной электромагнитной обстановке
в присутствии сильных мешающих сигналов на других частотах.
На рис. 2.20 показано возможное расположение интермодуляци-
онных составляющих второго и третьего порядков, возникающих при
подаче на вход тракта двух синусоидальных сигналов равного уровня.
Как видим, продукты с четным порядком образуются дальше по оси
частот от входных сигналов, чем продукты с нечетным порядком на
частотах 2^ -Ди 2/2 - j\.
Рис. 2.20. Продукты интермодуляции второго и третьего порядков
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
55
Большее значение для приемника имеют параметры, характеризу-
ющие количественно соотношение полезного сигнала и интермодуля-
ционных составляющих.
Точки пересечения по интермодуляции 1Р2 и 1Р3. В настоящее
время используются три подхода для определения параметров линей-
ности радиоприемного тракта [97].
Метод 1. Измерение интермодуляционных составляющих (ИС) тре-
тьего или второго порядка в децибелах на микровольт (дБмкВ) или в
децибелах на милливатт (дБм). Это уровень мешающих сигналов, дей-
ствующих на вход приемника, которые вызывают на его выходе интер-
модуляционные составляющие, по уровню равные выходному сигналу,
полученному при подаче на вход приемника сигнала на уровне чувстви-
тельности приемника.
Метод 2. Коэффициент интермодуляции (или динамический диа-
пазон по интермодуляции), выраженный в децибелах. Например, если
коэффициент интермодуляции не хуже чем 70 дБ, это означает, что ме-
шающие сигналы должны быть как минимум на 70 дБ выше полезного
сигнала, чтобы создать выходные продукты с таким же уровнем.
Метод 3. Точки пересечения по интермодуляции третьего (1Р3) или
второго порядка (1Р2). IP — сокращение английских слов intercep-
tion point — точка пересечения. Иногда для обозначения точки пере-
сечения используют сокращение TOI — third order intercept — пересе-
чение третьего порядка.
До начала 80-х годов прошлого века для описания интермодуля-
циснных характеристик, как правило, использовалось понятие коэффи-
циента интермодуляции, или динамического диапазона по интермоду-
ляции, однако в дальнейшем почти повсеместно перешли к исполь-
зованию понятия точки пересечения. Этот параметр оказался более
удобным ввиду своей универсальности, поскольку он однозначно ха-
рактеризует как линейность, гак и динамический диапазон приемника
(усилителя или любой другой нелинейной цепи). Уровень точки пере-
сечения является достаточно постоянной величиной для данного при-
емника, в отличие от уровня ИС, который зависит от уровня сигна-
лов на входе [97, 138].
Точка пересечения третьего порядка 1Р3 рассчитывается в предпо-
ложении, что зависимость мощности ИС третьего порядка от мощности
входных сигналов в приемнике точно подчиняется кубическому зако-
ну, т е при увеличении уровня входного мешающего сигнала на 1 дБ
продукты интермодуляционных искажений третьего порядка возраста-
ют на 3 дБ. Действительно, согласно выражению (2.45) интермодуля-
ционный продукт третьего порядка имеет уровень З63[/г СД/4. Если на
вход приемника подаются две составляющие с одинаковыми амплиту-
дами U\ = U?, то выходное значение интермодуляционного продукта
будет пропорционально кубу амплитуды. В логарифмическом масшта-
56
Глава 2
Рис. 2.21. Точки пересечения третьего и второго порядков
бе это означает, что выходной сигнал будет расти в три раза быстрее
входного, зависимость будет иметь линейный характер с наклоном 3:1.
Точка пересечения второго порядка ГР2 определяется в предполо-
жении, что зависимость мощности продуктов второго порядка от мощ-
ности входных сигналов в приемнике точно подчиняется квадратичному
закону, т.е. при увеличении уровня входного сигнала на 1 дБ продукты
интермодуляционных искажений третьего порядка возрастают на 2 дБ.
Действительно, согласно выражению (2.45) интермодуляционный про-
дукт второго порядка имеет уровень b2UlU2. Если на вход приемника
подаются две составляющие с одинаковыми амплитудами U\ = U2, то
выходное значение интермодуляционного продукта будет пропорцио-
нально квадрату амплитуды. В логарифмическом масштабе это озна-
чает, что мощность выходного сигнала будет расти в два раза быст-
рее мощности входного, зависимость будет иметь также линейный ха-
рактер с наклоном 2:1.
В то же время рост полезного сигнала на выходе приемника должен
подчиняться линейному закону, т.е. при увеличении мощности входного
сигнала на 1 дБ мощность выходного сигнала должна вырасти на 1 дБ.
В логарифмическом масштабе это означает, что мощность выходного
сигнала будет расти с той же скоростью, как и мощность входного сиг-
нала, зависимость имеет линейный характер с наклоном 1:1.
На рис. 2.21 изображены в логарифмическом масштабе зависимо-
сти мощности выходного сигнала от мощности входного сигнала для
полезного сигнала (РД интермодуляционных продуктов второго (Р2)
и третьего порядков (Рч).
Мощность Р3 интермодуляционного продукта третьего порядка рас-
тет в три раза быстрее, чем мощность полезного сигнала Рх. Значит,
эти зависимости должны иметь точку пересечения. Необходимо отме-
тить, что на самом деле скорость роста этих зависимостей с увеличени-
ем мощности входного сигнала уменьшается. Значения не стремятся к
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга * 57
бесконечности, поскольку реальная амплитудная характеристика тракта
имеет вид кривой с насыщением, как показано на рис. 2.19. Однако
при малых входных сигналах зависимости имеют практически линей-
ный характер. Если их экстраполировать прямыми линиями, то они
пересекутся в точке 1Р3.
Аналогично, мощность интермодуляционного продукта второго по-
рядка Р2 растет в два быстрее, чем мощность полезного сигнала 1\,
соответственно точкой пересечения по интермодуляции второго поряд-
ка 1Р2 называется гипотетическая точка пересечения прямых Pj и Р2.
В спецификациях приемников значения точек пересечения третьего
и второго порядка определяют обычно по входу мощностью входного
сигнала, выраженной в децибелах по отношению к милливатту (дБм).
Использование точек пересечения 1Р2 и 1Р3 является удобным ин-
женерным приемом, позволяющим количественно оценить линейность
приемного тракта, определить разность (в децибелах) между полезным
сигналом и уровнем интермодуляционных составляющих. Например,
пусть 1Р3 = 12 дБм. На сколько уровень полезного сигнала будет превы-
шать уровень интермодуляционных составляющих при мощности вход-
ного сигнала Рвх = —10 дБм? Входной сигнал меньше 1Р3 по входу
на 1Р3 - Рвх = 12 - (-10) = 22 дБм.
В общем случае превышение полезным сигналом интермодуляци-
онных составляющих третьего порядка можно определить по формуле
Дз = Л - Р3 = (1Рз - Рвх) - 3(1Р3 - Рвх) = —2(1Р3 - Рвх). (2.48)
Для полезного сигнала и интермодуляционных составляющих вто-
рого порядка
Д2 = Pi - Р2 = (1Р2 - Рвх) - 2(1Р2 - Рвх) = 1Р2 - Рвх. (2.49)
Для полезного сигнала и интермодуляционных составляющих тг-го
порядка
Дп = Л ~ Рп = (1Рп - Рвх) - п(1Рп - Рьх) = (п - 1 )(1Рп - Рвх). (2.50)
Кроме того, зная точки пересечения, можно оценить динамический
диапазон приемника, свободный от интермодуляции.
Определение динамического диапазона, свободного от интер-
модуляции. Обычно полный динамический диапазон приемника опре-
деляется по формуле (2.39) как отношение самого сильного к само-
му слабому сигналу, принимаемому приемником. В качестве нижне-
го предела обычно принимается уровень предельной чувствительности
Рспр, определяемой формулой (2.20), а верхний предел связан с харак-
теристиками приемника, характеризующими его нелинейность, напри-
мер, уровнем блокирования или точкой компрессии на 1 дБ (Р, дБ на
рис. 2.21). Точка компрессии является абсолютной границей линейной
58
Глава 2
Рис. 2.22. Динамический диапазон по интермодуляции 3-го порядка
части амплитудной характеристики и обычно меньше 11’3 на 10...20 дБ
[138].
Большое практическое значение имеет еще одна характеристика
приемника — динамический диапазон по интермодуляции. Он показы-
вает, в каком диапазоне значений входных сигналов приемник может
работать без интермодуляционных искажений.
Обратимся к графику на рис. 2.22. Динамический диапазон по ин-
термодуляции третьего порядка 1?3 можно найти, вычислив длину вер-
тикального отрезка ПС. Начало отрезка (точка В) — это пересечение
прямой Р3 с уровнем предельной чувствительности или собственных
шумов Рспр. Точка С находится на прямой Рг Поскольку прямая Рг
имеет наклон Г.1, то треугольник АВС будет равнобедренным. Поэто-
му динамический диапазон DA можно найти как длину горизонтального
отрезка А В от точки пересечения прямой Рг с прямой Рспр до точки
пересечения прямой Р3 с прямой Рсар.
Как отмечалось ранее, прямая Р3 имеет наклон 3:1, поэтому отре-
зок BD будет в три раза меньше отрезка AD. В то же время отрезок
AD равен отрезку £ЛР3. Следовательно, динамический диапазон по
интермодуляции третьего порядка
2
А =-(1Рз-РсНр). (2.51)
О
Аналогично рассуждая, получим выражение для динамического
диапазона по интермодуляции второго порядка:
А = £(1Р2 -Л„р). (2.52)
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
59
Рис. 2.23. Влияние аттенюатора 1 дБ
на интермодуляцию 2-го порядка
Рис. 2.24. Изменение уровня интер-
модуляционных составляющих 3-го
порядка при включении аттенюатора
1 дБ
В общем случае динамический диапазон Dn по интермодуляции
n-го порядка
— 1
=------(1Рп-РСпР), (2.53)
п
где ТР„. —точка пересечения по интермодуляции ?г-го порядка. Напом-
ним, что предельная чувствительность приемника определяется по фор-
муле (2.20).
Влияние аттенюатора на величину интермодуляции. Возникает
вопрос, влияет ли аттенюатор на входе приемника на величину интер-
модуляционных составляющих? Уменьшая напряжение аттенюатором
на входе приемника, например на 1 дБ, мы уменьшаем полезный сигнал
Рх на выходе также на 1 дБ, но при этом интермодуляционные продукты
второго порядка Р2 уменьшаются на 2 дБ, а третьего порядка Р3 — на
3 дБ как показано на рис. 2 23 и 2.24. Этим свойством можно пользо-
ваться для выяснения порядка интермодуляционных составляющих.
В общем случае при включении аттенюатора с коэффициентом пе-
редачи дх = —А дБ уровень интермодуляционных составляющих ?г-го
порядка будет уменьшаться на nA дБ. При этом значения точек пере-
сечения по входу также вырастут на величину А, поскольку все прямые
на рис. 2.21 параллельно сместятся вправо на величину А.
Может показаться, что поскольку при включении аттенюатора точка
пересечения сдвигается вправо на величину А, то возрастает и линей-
ность приемника. На самом деле это не так, поскольку при этом на эту
же величину А ухудшается предельная чувствительность приемника.
Методика определения точек пересечения. Существует множе-
ство методик определения точек пересечения [97]. В большинстве сво-
ем они основаны на измерении динамического диапазона по интермо-
дуляции Dn.
В одном из методов определения интермодуляционных искаже-
ний третьего порядка на вход подаются два сигнала, как показано на
рис. 2.25, один из входных сигналов отстраивается от центральной ча-
60
Глава 2
Рис. 2.25. Структурная схема измерений для определения точки пересечения
no и» ггермодуляции
стоты канала на 20 кГц, а другой — на 40 кГц. Точка пересечения тре-
тьего порядка 1Р3 рассчитывается, полагая, что зависимость уровней
ИС третьего порядка от уровней входных сигналов в приемнике точно
подчиняется кубическому закону, т.е. при увеличении уровня мешающе-
го сигнала на 1 дБ продукты интермодуляционных искажений третьего
порядка возрастают на 3 дБ, а разность — на 2 дБ.
В общем случае для расчета точек пересечения по входу произ-
вольных порядков могут использоваться следующие формулы, получен-
ные из выражений (2.48)-(2.50):
П>3 = +-Р.,; (2.54)
1Р2 = Д2 + Р„; (2.55)
П’п =+ Р.„, (2.56)
п — 1
где Д3, Д2» Дп — разности, выраженные в децибелах, между мощностью
полезного сигнала и интермодуляционных составляющих 3-го, 2-го и
7г-го порядков соответственно; Ркк — мощность входного сигнала
Эффект блокирования. Блоки-
рование (компрессия) полезного сиг-
нала проявляется в уменьшении его
коэффициента усиления во входном
тракте приемника или в изменении от-
ношения сигнал-шум при действии
мешающего сигнала, частота которого
находится вне основного канала прие-
ма. Блокирование возникает в актив-
ных элементах ВЧ тракта (УВЧ и пре-
образователей) из-за нелинейного за-
передачи полезного сигнала одновре-
менно с мешающим сигналом (рис. 2.26).
Блокирование полезного сигнала возникает в том или ином каскаде
приемника, если амплитудная функция передачи сигнала имеет харак-
тер насыщения, при котором приращение выходного сигнала как бы от-
стает относительно приращения входного сигнала в широком интервале
изменения.
Рис. 2.26. К пояснению процесса
блокирования полезного сигнала в
приемнике
кона изменения коэффициента
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
61
Блокирование не возникает, если амплитудная функция переда-
чи сигнала имеет линейный характер в широком интервале измене-
ний входного сигнала.
Канал, в котором действует блокирующий мешающий сигнал, яв-
ляется внеполосным; номинальная частота такого сигнала может при-
нимать различные значения в пределах некоторой полосы частот, зави-
сящей от уровня мешающего сигнала и избирательности контуров ВЧ
тракта до входа смесителя. При достаточно больших расстройках Д/р
мешающего сигнала относительно частоты настройки приемника этот
сигнал ослабляется резонансными контурами ВЧ тракта.
Чтобы характеризовать свойство приемника принимать полезный
сигнал в присутствии сильного мешающего сигнала до порога блоки-
рования, используют понятие динамического диапазона по блокиро-
ванию (в децибелах):
_ лл(^ПДОп)бЛ fry С"7\
19бл - 20————, (2.57)
min
где (С7Пдоп)бл ~ максимально допустимое напряжение мешающего сиг-
нала соответствующее порогу блокирования; (7С min — минимальное на-
пряжение полезного сигнала, соответствующее чувствительности при-
емника.
Перекрестные искажения — это
изменение структуры спектра полезно-
го сигнала при одновременном воздей-
ствии на приемник модулированного ме-
шающего сигнала, частота которого не
совпадает с частотами основного и по-
бочных каналов приема. Процесс воз-
никновения таких искажений определя-
ется нелинейным изменением амплитуд-
ной функции передачи сигнала в актив-
ных элементах ВЧ тракта. Понятие «пе-
рекрестные искажения» относится к полезному сигналу с AM, когда
в его структуре возникают составляющие модуляции мешающего сиг-
нала с AM (рис. 2.27).
В этом случае нелинейный элемент ВЧ тракта, так же как и при
блокировании в УВЧ, может быть представлен моделью в виде степен-
ного многочлена с той разницей, что входной сигнал задается сум-
мой двух сигналов с AM.
В целях упрощения анализа так же, как и при блокировании, можно
ограничиться многочленом третьей степени. После соответствующих
преобразований можно определить коэффициент перекрестных иска-
жений, представляющий собой отношение уровня спектральных состав-
ляющих в структуре полезного сигнала, возникших в результате пере-
крестных искажений, к уровню полезного сигнала на выходе приемника.
Рис. 2.27. К пояснению
процесса перекрестных
искажений
62
Глава 2
Чтобы характеризовать свойство приемника принимать полезный
сигнал в присутствии сильного мешающего сигнала до порога пере-
крестных искажений, используют понятие динамического диапазона по
перекрестным искажениям
Канал, в котором действует мешающий сигнал, создающий пере-
крестные искажения, является внеполосным; номинальные значения ча •
стоты такого сигнала могут быть различными в пределах некоторой по-
лосы частот, зависящей от уровня мешающего сигнала и избиратель-
ности контуров ВЧ тракта до входа преобразователя.
Как отмечалось, понятие «перекрестные искажения» часто относят
к влиянию мешающего сигнала на полезный сигнал с AM. Однако оно
может пониматься шире. Перекрестные искажения могут проявляться и
в виде изменений (искажений) фазы полезного сигнала, т.е. в виде по-
мехи в системах фазовой (в общем случае угловой) модуляции. В этом
случае целесообразен термин «фазовые перекрестные искажения».
Фазовые перекрестные искажения несущественны для систем с
AM. Они проявляются в виде помех в системах, где полезная инфор-
мация заключена в фазовой структуре принимаемого сигнала.
Фазовые шумы и скорость перестройки панорамного РПУ.
Синтезаторы частоты (СЧ) применяются в приемных устройствах для
изменения частоты настройки В общем случае СЧ формирует мно-
жество дискретных частот путем когерентного преобразования часто-
ты одного опорного (обычно кварцевого) генератора. Долговремен-
ная относительная стабильность любой частоты на выходе такого ко-
герентного синтезатора равна долговременной стабильности частоты
опорного генератора.
Основные характеристики синтезаторов: стабильность частоты вы-
ходного сигнала, диапазон рабочих частот, дискретность перестройки
частоты или фазы выходного сигнала, вид выходного сигнала, уровень
побочных дискретных составляющих, уровень фазовых шумов и время
переключения
Диапазон рабочих частот определяется диапазоном рабочих ча-
стот РПУ. Если СЧ используется в качестве первого гетеродина, то его
частота должна отличаться от входной частоты приемника на величи-
ну промежуточной частоты. Вместо диапазона частот применяют ко-
эффициент перекрытия диапазона рабочих частот, равный отношению
наибольшей частоты диапазона рабочих частот к наименьшей часто-
те этого же диапазона.
Дискретность перестройки частоты (шаг сетки частот) определяет-
ся назначением синтезатора. При бесподстроечной связи и при отсле-
живании скачков частоты шаг сетки частот синтезатора, используемого
в качестве гетеродина, определяется шагом сетки частот передатчика
(от сотен герц до десятков мегагерц). При программной компенсации
доплеровского сдвига и при использовании СЧ в качестве следящей
(по фазе или времени) системы требуемый шаг сетки частот может
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
63
оказаться очень малым (до сотых и тысячных долей герца). В этих и
некоторых других случаях большое значение имеет дискретность пе-
рестройки фазы (а не частоты) выходного колебания. При этом явля-
ются недопустимыми скачки фазы при переходе с одной частоты на
другую, превышающие определенную величину (обычно порядка деся-
тых долей или единиц градуса)
Вид выходного сигнала в значительной степени определяется ха-
рактером обработки сигнала в устройстве, в котором используется СЧ.
Для синтезатора как гетеродина аналогового приемника обычно тре-
буется гармоническая форма выходного колебания. Для СЧ в цифро-
аналоговых следящих системах предпочтительнее импульсная форма.
Наконец, в тракте с полностью цифровой обработкой сигнала СЧ дол-
жен формировать последовательность чисел (кодов), соответствующих
отсчетам гармонических функций в фиксированные равноотстоящие мо-
менты времени.
В технических требованиях спектральная плотность фазовых шумов
задается обычно в децибелах на герц по отношению к уровню несущей
при заданной частотной отстройке от сигнала несущей. В англоязычных
описаниях этот уровень обозначается dBc (буква «с» — сокращение от
carrier — несущая), например —120 dBc/Hz at 10 kHz offset.
Уровень фазовых шумов выходного колебания СЧ по отношению
к уровню генерируемого сигнала (уровню несущей), обычно находится
в пределах от —60 до —120 дБ/Гц при отстройке на 10 кГц от частоты
несущей.
При умножении частот с помощью синтезатора спектральная плот-
ность шумов возрастает пропорционально коэффициент1/ умножения.
Это накладывает жесткие требования на шумы опорного генератора.
Время переключения частоты (допустимое) колеблется в широких
пределах в зависимости от назначения синтезатора. В частности, при
использовании синтезатора в связном приемнике время переключения
может быть порядка секунды, при переключении частот здесь допусти-
мы не только скачки фазы, но и полное кратковременное пропадание
сигнала. С другой стороны, при использовании синтезатора в кольце
системы фазовой автоподстройки и в некоторых других случаях жела-
тельно полное отсутствие переходных процессов.
Для панорамных приемников время переключения частоты опреде-
ляет скорость перестройки приемника по рабочему диапазону частот
Для современных панорамных приемников время переключения состав-
ляет единицы миллисекунд. Отметим, что чем меньше время переклю-
чения частоты, тем труднее обеспечить низкий уровень фазовых шумов.
Частотная точность приемника Д/прм включает как первоначаль-
ную погрешность установки заданного номинала настройки, так и неста-
бильность настройки приемника. Погрешность зависит от способа уста-
новки и метода индикации частоты настройки, а нестабильность — от
ухода частоты настройки из-за прогрева устройства, климатических и
64
Глава 2
механических воздействий, изменения питающих напряжений и т.д. Вы-
сокая частотная точность приемника необходима для беспоискового
вхождения в связь, поддержания связи без подстройки Для измери-
тельных приемников частотная точность является определяющим фак-
тором для точности измерения частоты радиосигналов.
Техническими требованиями может оговариваться либо частотная
точность приемника, либо раздельно — погрешность установки и неста-
бильность настройки. Нестабильность настройки в ряде случаев вслед-
ствие необходимости раздельного расчета и проверки также задает-
ся по частям: в зависимости от самопрогрева, изменения темпера-
туры, влажности, ударов и вибраций, колебания напряжения питания
источников. Абсолютная нестабильность частоты опорного генерато-
ра (ОГ) — отклонение Д/ частоты колебаний на его выходе за опре-
деленный промежуток времени, обусловленное воздействием внешних
дестабилизирующих факторов, от установленной номинальной часто-
ты /0: Д/ = f - /0.
Наиболее жесткие требования к частотной точности предъявляют-
ся к приемникам, предназначенным для приема радиосигналов с одно-
полосной модуляцией (Д/прм = 5...10 Гц) и сигналов с относительной
фазовой манипуляцией (Д/прм - 0,5...1,0 Гц). Из этого следует, что
относительная частотная точность приемников должна иметь значение
10-7...10~8. При использовании в приемнике системы стабилизации
частоты с одним ОГ выполнение требований к относительной частотной
точности определяется этим генератором. Относительная нестабиль-
ность частоты ОГ — отношение абсолютной нестабильности частоты к
установленной частоте: 6 = Af/f0.
Для уменьшения в общей частотной ошибке доли, обусловленной
неточностью первоначальной установки частоты, в радиоприемном уст-
ройстве должна предусматриваться возможность коррекции частоты ОГ
по внешнему эталону частоты или работа от внешнего ОГ, более точного
и стабильного.
Нестабильность настройки приемника может также задаваться до-
пустимым изменением частоты гетеродинов приемника в последующее
за самопрогревом время. Важным параметром является температур-
ный коэффициент гетеродинов, т.е. относительный уход частоты при
изменении на 1 °C температуры воздуха, окружающего приемник. Дол-
говременная нестабильность частоты ОГ — суммарное отклонение ча-
стоты, обусловленное медленным ее изменением вследствие старения
элементов схемы и воздействием внешних дестабилизирующих факто-
ров. Определяется за длительное время — час, сутки, месяц, год.
2.3. Особенности цифровых
радиоприемных устройств
Общие принципы построения цифровых радиоприемных уст-
ройств. Цифровое РПУ — это приемное устройство, в котором осу-
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
65
ществляется обработка сигнала в аналоговой и цифровой формах [59,
125, 210].
В цифровом радиоприемном устройстве (ЦРПУ), предназначенном
для приема аналоговых сигналов, осуществляется полная или частичная
цифровая обработка сигналов (ЦОС). По степени использования ЦОС
ЦРПУ можно разделить на две группы:
• приемники, в которых отсутствует преобразование принимаемого
сигнала в цифровую форму, а на цифровой элементной базе реали-
зованы отдельные узлы, например устройства управления, контро-
ля, отображения информации, системы вхождения в связь, системы
автоматического регулирования, цифровые синтезаторы частот;
• приемники, в которых сигнал преобразуется в цифровой вид и на
цифровой элементной базе выполнена часть главного тракта при-
ема, включая цифровой фильтр селекции сигналов, цифровые де-
модуляторы, цифровые устройства распознавания и измерения па-
раметров сигналов, а также вспомогательные узлы.
Наиболее многочисленной в настоящее время является первая
группа радиоприемных устройств. Практически все современные про-
фессиональные радиоприемные устройства имеют в своем составе уз-
лы, реализованные на цифровой базе.
К приемникам второй группы относятся устройства, в которых в
аналоговом виде осуществляется предварительная фильтрация сигна-
ла, его усиление, преобразование частоты сигнала на промежуточную
частоту, далее сигнал ПЧ подвергается аналого-цифровому преобразо-
ванию и вся дальнейшая обработка сигнала осуществляется в цифровом
виде.
Ко второй группе относятся практически все современные радио-
приемные устройства, предназначенные для решения задач радиомо-
ниторинга. Обобщенная структурная схема цифрового радиоприемно-
го устройства включает пять функциональных блоков, как показано на
рис. 2.28.
Усилительно-преобразовательный тракт принимает сигнал от ан-
тенны, отфильтровывает его от помех, смещает спектр входного сигна-
Рис. 2.28. Обобщенная структурная схема цифрового РПУ
3—5729
66
Глава 2
ла на промежуточную частоту, на которой выполняется аналого-цифро-
вое преобразование. В состав усилительно-преобразовательного трак-
та могут входить вспомогательные узлы — система АРУ, аттенюаторы,
ограничители и т.п., влияющие на амплитудную характеристику усили-
тельного тракта, но не вносящие искажений в принимаемую информа-
цию.
В тракте ЦОС осуществляется основная обработка сигнала. Он
включает фильтр, в значительной степени определяющий помехоустой-
чивость приемного устройства, демодулятор, цепи последетекторной
обработки.
Синтезатор частот преобразует частоту внешнего или собственно-
го опорного генератора и формирует из него необходимые для работы
сетки частот. Синтезатор позволяет перестраивать приемное устрой-
ство на другую входную часто!у. Отдельные синтезаторы могут входить
в состав следящих систем. Кроме того, синтезатор может формировать
сетки частот, необходимые для работы цифровых устройств обработки
сигнала.
Устройство управления и отображения реализует в автономном ре-
жиме заданный алгоритм работы приемного устройства (включение, вы-
ключение, поиск и выбор сигнала, адаптацию к меняющимся условиям
работы и тп.), позволяет оператору вручную или автоматизированно
управлять приемным устройством.
Вторичный источник питания предназначен для преобразования
энергии первичного источника, например стационарной сети 220 В или
бортовой сети, в форму пригодную для использования непосредствен-
но в приемном устройстве.
Виды радиоприемных устройств для радиомониторинга. Не-
смотря на общность принципов работы, из всего разнообразия РПУ, ис-
пользуемых в настоящее время для решения задач радиомониторинга,
можно выделить несколько характерных видов, приведенных в табл. 2.2.
Для сканирующего приемника характерны высокие реальная чув-
ствительность и избирательность, использование методов, обеспечива-
ющих помехоустойчивость и надежность в условиях воздействия силь-
ных импульсных, флуктуационных и сосредоточенных по спектру помех.
Как правило, сканирующий приемник относится к первой группе циф-
ровых радиоприемных устройств.
Селективный микровольтметр — вольтметр, снабженный перестра-
иваемым узкополосным фильтром и благодаря этому измеряющий на-
пряжение в полосе частот, вплоть до отдельных гармоник спектра. Наи-
более совершенные селективные микровольтметры отличаются от ана-
лизаторов спектра лишь ручной перестройкой и отсутствием панорам-
ного отображения. Селективные микровольтметры позволяют измерять
уровень сигналов на выходе антенного тракта в заданной полосе для
широкого рабочего диапазона частот.
»
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
67
Таблица 2.2
Типы радиоприемных устройств, используемые для радиомониторинга
Тип устройства Наличие пресе- лектора Ширина полосы пропускания Отобра- жение спектров Наличие калиб- ровки Наличие демоду- лятора Измерение параметров сигналов
Сканирую- щий ра- диоприем ник Да Определяется полосами сигналов, для прие- ма которых предназна- чен прием- ник (от сотен герц до сотен килогерц) Обычно нет Нет Да Нет
Селектив- ный микро- вольтмет р Да Настраивае- мая (от сотен герц до сотен килогерц) Обычно нет Да Жела- тельно Да
Анализатор спектра Обычно нет Обычно наст- раиваемая Да Обычно да Жела- тельно Да
Панорам- ный радио- приемник Да Широкая. Обычно от со- тен килогерц до десятков мегагерц Да Нет Обычно да Обычно да
Панорам- ный изме- рительный радиопри- емник Да Настраивае- мая (от де - сятков герц до десятков мегагерц) Да Да Обычно да Да
Анализатор спектра (АС) — универсальный измерительный прибор,
предназначенный для исследования спектральною состава сигналов и
измерения их параметров. Структура АС совпадает со структурой су-
пергетеродинного приемника. В зависимости от типа датчика входно-
го сигнала (с соответствующими согласующими цепями) АС может ис-
пользоваться в различных областях науки и техники. В частности, при
использовании антенны (в качестве датчика радиосигнала) АС становит-
ся панорамным приемником. При дополнительном подключении между
антенной и АС цепей предварительной селекции такой анализатор спо-
собен выполнять задачи панорамного измерительного радиоприемника.
Несмотря на все вышеперечисленные достоинства анализаторов,
их использование при выполнении радиоконтрольных работ не всегда
целесообразно, поскольку базовая технология построения анализатора,
как правило, предназначена для реализации универсальных функцио-
нальных возможностей. В базовой комплектации АС обычно не имеет
блоков предварительной селекции сигналов, поэтому его использова-
ние для решения задач радиомониторинга затруднительно.
68
Глава 2
Панорамный радиоприемник — РПУ с широкой полосой пропуска-
ния (от сотен килогерц до нескольких десятков мегагерц), с возможно
стью отображения спектрального состава сигналов и с высокой скоро-
стью спектрального анализа (от сотен мегагерц до десятков гигагерц
в секунду). Панорамный приемник, как правило, имеет демодуляторы
сигналов с AM, ЧМ, ФМ, ОМ, возможность подключения к ПЭВМ.
Панорамный измерительный радиоприемник — это панорамный
приемник с высокими метрологическими характеристиками измерения
уровня, частоты и других параметров радиосигналов. Измерительный
приемник является «сердцем» современной радиоконтрольной установ-
ки. В настоящее время собственно аппаратурная часть радиоконтроль-
ного оборудования ограничивается антенным комплексом и измери-
тельным приемником. В состав измерительного приемника, как прави-
ло, входит набор из пикового, квазипикового и среднеквадрагического
детекторов, предназначенных для измерения уровней сигналов. Из-
мерительный приемник должен обеспечивать частотное разрешение от
нескольких герц до десятков килогерц при спектральном анализе сиг-
налов и работать под управлением ПЭВМ
Основной тип измерительного приемника — измеритель напряже-
ний и мощностей ВЧ сигналов и помех; при известных параметрах при-
емной антенны работает как измеритель напряженности поля. Пред-
ставляет собой специальный супергетеродинный приемник с измери-
тельным прибором на выходе, который имеет высокую чувствительность
(до 10-15 Вт) и избирательность (50...60 дБ). Измерительный прием-
ник, как правило, является многодиапазонным приемником с регулиро-
ванием полосы пропускания по ПЧ. Линейный тракт приема работает
на линейный и квадратичный амплитудный детектор с заданными по-
стоянными времени нагрузочной цепи, что дает возможность измерять
средневыпрямленное, эффективное, пиковое значения гармонических
и шумовых сигналов.
2.4. Развитие радиоприемных
устройств компании ИРКОС
Системы первого и второго поколений. Системы радиомони-
торинга, выпускаемые компанией ИРКОС в начале ее деятельности в
1992-1998 годах, базировались на импортных сканирующих приемни-
ках. В системах первого поколения использовались радиоприемни-
ки без существенных доработок, а в системах второго поколения в
радиоприемных устройствах введены существенные усовершенствова-
ния, позволяющие повысить технические характеристики систем, в ко-
торых они использовались.
В системах первого поколения доработка приемников сводилась к
установке дополнительных буферов аналоговых выходов промежуточ-
ной частоты для подачи сигнала на внешний блок цифровой обработки.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
69
Кроме того, устанавливался переключатель для размыкания цепи АРУ
с целью обеспечения возможности работы в режиме многопроходного
панорамного обзора с постоянным коэффициентом передачи тракта.
В системах второго поколения проводились более глубокие усо-
вершенствования, в том числе устанавливались дополнительные блоки
«быстрых» синтезаторов собственной разработки и изготовления, поз-
воляющие значительно сократить время настройки приемника на задан-
ную частоту и повысить скорость панорамного обзора
В тот период выпускались такие изделия, как ручные пеленгато-
ры АРК-РП1 и АРК-РП2. комплекс многоканального радиоконтроля АРК-
РД4, комплексы радиомониторинга АРК-ПКЗКУ и АРК-ПК5КУ, распре-
деленные системы дистанционного радиомониторинга в удаленных по-
мещениях и выявления каналов утечки информации АРК-ДЗ-ЗКУ и АРК-
ДЗ-5КУ, многофункциональные комплексы радиомониторинга и пелен-
гования АРК-МК1 и другие изделия [140].
На цветных вкладках в середине книги (рис. П1-П5) представле-
ны некоторые из этих систем.
Радиоприемные устройства третьего поколения. Опыт эксплуа-
тации программно-аппаратных комплексов первого и второго поколения
показал правильность выбранных программно-аппаратных решений, но
при этом были выявлены следующие ограничения:
• большая неравномерность коэффициента усиления и собственных
шумов радиоприемных устройств в рабочем диапазоне частот, ко-
торая не позволяла использовать системы в измерительных целях;
• недостаточный динамический диапазон в широкополосном тракте;
• невозможность оптимального управления РПУ в составе комплекса,
приводящая к снижению быстродействия;
• низкая скорость перестройки, не позволившая преодолеть рубеж
50 МГц/с;
• неприспособленность для работы в системах радиотехнического
контроля, требующих широкополосного выхода ПЧ;
• большое число пораженных частот, попадающих в полосу ПЧ;
• отсутствие возможности двухканального когерентного приема с
двух РПУ без существенной модификации последних;
• проблемы электромагнитной совместимости РПУ и других блоков
комплексов;
• конструктивные особенности РПУ, препятствующие их использова-
нию в комппексах с повышенными требованиями к механическим
и климатическим условиям эксплуатации
Учитывая эти недостатки, было решено начать разработку нового
ЦРПУ, который должен был обеспечить:
• возможность использования в многоканальных когерентных систе-
мах приема;
• динамический диапазон в широкополосном тракте по интермоду-
ляции 2-го и 3-го порядка не менее 70 дБ;
70
Глава 2
Рис. 2.29. ЦРПУ третьего поколения АРК-ЦТ1
• длительность перестройки с одной частоты на другую не более 15
мс при точности установки частоты 500 Гц;
• полосу цифровой обработки не менее 2 МГц,
• скорость спектрального анализа не менее 100 МГц/с при дискрет-
ности спектральных отсчетов 3 кГц;
• повышенную устойчивость к механическим и климатическим воз-
действиям, позволяющую использовать ЦРПУ в аппаратуре прак-
тически любых исполнений, базирующейся на транспортных сред-
ствах;
• минимизацию потребляемой мощности.
В результате интенсивной работы над новыми схемными и кон-
структивными решениями в 1999 г. увидело свет новое отечественное
ЦРПУ третьего поколения АРК-ЦТ1, одно из исполнений которого пред-
ставлено на рис. 2.29.
Разработанный приемник имел приемлемые технические характе-
ристики, в том числе динамический диапазон по интермодуляции тре-
тьего порядка не хуже 70 дБ, время переключения синтезатора око-
ло 10 мс, что при полосе пропускания 2 МГц дало возможность иметь
скорость цифрового спектрального анализа 140... 150 МГц/с при дис-
кретности спектральных отсчетов 3,125 кГц. Неравномерность в поло-
се пропускания приемника не превышала 1,5 дБ. Приемник потреблял
мощность не более 30 Вт.
На базе радиоприемного устройства АРК-ЦТ1 выпускались техни-
ческие средства третьего поколения, в том числе средства радиомо-
ниторинга, пеленгования и выявления технических каналов утечки ин-
формации, например АРК-Д1Т, АРК-ДЗТ, АРК МК1М, АРК-МК2М, АРК-
МКЗ, АРК-МК4, АРК-МК7 и др.
Высокие параметры приемника АРК ЦТ1 и его дальнейшее совер-
шенствование позволило создать панорамный измерительный прием-
ник АРК-Д1ТР, сертифицированный в 2002 г. Госстандартом России в
качестве средства измерений [9]. Внешний вид измерительного при-
емника АРК-Д1ТР приведен на рис. 2.30.
Радиоприемные устройства четвертого поколения. Постоянно
растущие требования к комплексам выявления каналов утечки инфор-
мации, радиомониторинга и пеленгования в сочетании с успешно ре-
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
71
Рис. 2.30. Панорамный измерительный приемник АРК-Д1ТР
шенной проблемой серийного выпуска одноканального и двухканально-
го ЦРПУ АРК-ЦИ, АРК ЦТ2 третьего поколения обусловили разработку
нового, четвертого поколения ЦРПУ с расширенным набором функци-
ональных возможностей и более высокими характеристиками. Основ-
ные требования к новому ЦРПУ:
• рабочий диапазон частот 0,01...3000 МГц;
• время перестройки синтезаторов не более 5 мс;
• наличие встроенного цифрового блока для демодуляции радиосиг-
налов и технического анализа;
• повышенная односигнальная и многосигнальная избирательность,
особенно в верхней части рабочего диапазона частот;
• расширенные возможности по цифровой обработке сигналов за
счет использования многопроцессорных вычислителей и увеличе-
ния скорости обмена с управляющей ЭВМ;
• полоса пропускания радиоприемного тракта не менее 4 МГц;
• скорость спектрального анализа не менее 500 МГц/с;
• реализация принципа модульности конструкции, в частности, сто-
ечного исполнения на основе конструктивных решений стандарта
Compact PCI;
• возможность когерентного объединения приемников с возможно-
стью выравнивания амплитудно фазовых характеристик их радио-
приемных трактов.
На данном этапе проектирования особое внимание уделялось раз-
работке функционально и конструктивно законченных модулей, которые
должны легко объединяться в разные варианты систем посредством
различных объединительных плат и шасси.
В результате разработки в 2003 г. было выпущено цифровое радио-
приемное устройство АРК-ЦТЗ. Рабочий диапазон частот нового при-
емника составил 9 кГц...З ГГц. Время переключения синтезатора около
5 мс. а полоса пропускания приемника 5 МГц, что дало возможность
вычисления спектральной панорамы со скоростью более 700 МГц/с.
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка был не
хуже 75 дБ. Новый приемник использовался при создании технических
средств четвертого поколения, в том числе двухканального комплек-
са радиомониторинга и поиска каналов утечки информации АРК-Д7К,
72
Глава 2
Рис. 2.31. Центральный модуль системы АРК-МК1 с двухканальным
ЦРПУ АРК-ЦТЗ
в мобильных и стационарных пеленга-
ционных системах АРК-МК1, АРК-МК2,
в станции радиомониторинга «Аргу-
мент». Внешний вид центрального
блока системы АРК-МК1 на базе двух
когерентно связанных приемников
АРК-ЦТЗ показан на рис. 2.31.
Параллельно с разработкой при-
емника АРК-ЦТЗ был спроектирован
выносной дистанционно-управляемый
преобразователь радиосигналов АРК-
КНВ4, обеспечивший расширение вер-
хней границы рабочего диапазона си-
стем радиомониторинга до 18 ГГц и
подавление побочных каналов приема
Рис. 2.32. Выносной преобразо- на 40 ДБ Преобразователь имеет ко-
ватель АРК-КНВ4 эффициент шума не более 14 дБ, мо-
жет работать как от внутренней на-
правленной антенной системы, так и от внешней антенны. Его внешний
вид изображен на рис. 2.32. Преобразователь может устанавливаться
на измерительной мачте. В 2004 г. выносной преобразователь АРК-
КНВ4 был сертифицирован Госстандартом России в качестве средства
измерений [10].
Радиоприемные устройства пятого поколения. К сожалению,
аппаратура на базе ЦРПУ АРК-ЦТ1 и АРК-ЦТЗ имела достаточно боль-
шие массу и габаритные размеры, и ее сложно было эффективно ис-
пользовать в носимых системах.
Учитывая накопленный опыт разработки и производства портатив-
ных пеленгаторов АРК МК7 и аппаратуры ручного пеленгования АРК-
РП1, а также размещения аппаратуры на различных наземных и воз-
душных носителях, в 2003 г. были сформированы следующие основные
требования к портативному ЦРПУ следующего, пятого поколения:
• конструкция приемника состоит из двух модулей: ВЧ-ОВЧ-СВЧ пре-
образователя радиосигналов и модуля цифровой обработки;
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
73
• за базовый размер платы модуля принят размер 100x160 мм, явля-
ющийся мировым стандартом для промышленного оборудования;
• исполнение модуля должно обеспечивать его встраивание в аппа-
ратуру пользователей;
• ЦРПУ должен использоваться в многоканальных когерентных систе-
мах приема;
• ЦРПУ должен иметь стабильные метрологические характеристики,
достаточные для использования в качестве измерительного сред-
ства.
В качестве технических требований к параметрам ЦРПУ были ис-
пользованы требования, предъявляемые к аппаратуре АРМ класса В
[134]. При этом были наложены дополнительные ограничения по по-
требляемой мощности аналогового преобразователя радиосигналов —
не более 8 Вт, модуля цифровой обработки сигнала — не более 10 Вт.
В середине 2004 г. появились первые образцы ЦРПУ пятого поко-
ления, получившие название «Аргамак». В 2004-2005 годах на основе
модулей и ЦРПУ семейства «Аргамак» было разработано пятое поколе-
ние технических средств радиомониторинга, пеленгования и выявления
технических средств утечки информации, включающее стационарные,
мобильные, портативные и носимые средства.
Перспективные технические решения, положенные в основу ЦРПУ
«Аргамак», унификация преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 и мо-
дуля ЦОС АРК-ЦО, современная технология производства и настройки
обеспечили высокие технические параметры ЦРПУ по быстродействию,
линейности, чувствительности тракта и стабильности характеристики,
что позволило разработать на его основе семейство панорамных изме-
рительных средств, в которое вошли панорамный измерительный при-
емник «Аргамак-И», панорамный измерительный приемник «Аргамак-
ИМ», панорамный измеритель напряженности поля «Аргамак-ИС», мо-
дернизированный выносной конвертор АРК-КНВ4.
2.5. Цифровое радиоприемное
устройство АРК-ЦТ1
Рассмотрим построение ЦРПУ третьего поколения АРК-ЦТ1 с поло-
сой пропускания 2 МГц. Это радиоприемное устройство конструктив-
но состоит из двух блоков: аналогового радиоприемного тракта ЦТ1 и
блока цифровой обработки АЦО1 (рис. 2.33) [124].
Технические характеристики ЦРПУ АРК-ЦТ1
Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц........... 20 ..2020
Входной аттенюатор, дБ....................................10, 20, 30
Максимально допустимый сигнал на входе, дБм...............23
Коэффициент шума, дБ, в диапазоне, МГц, не более:
25...1000...............................................14
свыше 1000 ............................................. 16
Относительная нестабильность частоты опорного генератора.. 10'6
74
Глава 2
Рис. 2.33. Структурная схема АРК-ЦТ1
Относительная погрешность установки частоты.................5 10-6
Время настройки синтезатора, мс, не более...................10
Фазовый шум гетеродина при расстройке на 10 кГц, дБ/Гц......—95
Избирательность и нелинейные искажения:
ослабление помехи промежуточной частоты, дБ, не менее.....70
избирательность по зеркальному каналу.....................70
динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го порядка.70
неравномерность коэффициента передачи в рабочем диапазоне
частот, дБ, не более........................................±3
Сигнал промежуточной частоты:
частота аналогового сигнала ПЧ, МГц......................10.7
полоса пропускания до выхода ПЧ, МГц......................2
Дискретность установки частоты демодулятора, Гц.............1
Интервал рабочих температур, °C.............................—10...+60
Напряжение питания, В.......................................24 ..30
Потребляемая мощность, ВА, не более.........................18
Размеры (ширинахвысотахглубина), мм.........................300x65x255
Масса, кг, не более.........................................4
Структурная схема радиоприемного тракта представлена на
рис. 2.34. Основными частями тракта являются блок преселекторов,
блок смесителей, блок синтезаторов частоты с опорным генератором и
блок управления.
Для достижения высокой избирательности по комбинационным ка-
налам необходимо обеспечить хорошую селекцию сигналов в преселек-
торе. Использование полосовых фильтров с фиксированными полоса-
ми пропускания допустимо только в случае сравнительно узких рабочих
диапазонов приемника. Ввиду того что основной областью примене-
ния данного ЦРПУ является радиомониторинг в широком диапазоне ча-
стот, в преселекторе использован набор из десяти следящих фильтров,
переключаемых аналоговыми коммутаторами, для поддиапазонов ча-
стот 20...35, 35...60, 60...100, 100...170, 170...240, 240...333, 333...465,
465...700, 700...1012, 1012...2020 МГц. Средний коэффициент перекры-
тия по частоте около 1,58. В пределах поддиапазона каждый фильтр
является перестраиваемым, при этом центральная частота полосы про-
пускания фильтра равна частоте настройки приемника. В диапазоне ча-
стот 20...1012 МГц применены полосно-пропускающие фильтры (ППФ),
а в диапазоне 1012...2020 МГц — фильтр верхних частот (ФВЧ) с ча-
стотой среза, определяемой по частоте настройки приемника. Полоса
пропускания фильтров вдиапазоне 20...1012 МГц на уровне —3 дБ около
10 %, а полоса на уровне —70 дБ 50... 150 % частоты настройки прием-
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
75
Рис. 2.34. Структурная схема радиоприемного тракта АРК-ЦТ1
76
Глава 2
Рис. 2.35. Частотные характеристики преселектора на частотах
настройки 20 (а) и 701 МГц (б)
ника. На рис. 2.35 показаны экспериментальные зависимости коэффи-
циентов передачи преселектора, полученные при испытаниях серийного
образца приемника на частотах настройки 20 и 701 МГц.
Управление коммутаторами и фильтрами преселектора осуществ-
ляется специальным контроллером. В ходе заводской настройки для
каждого экземпляра приемника выполняется запись в контроллер зна-
чений управляющих напряжений в 16 точках каждого частотного под-
диапазона. Полученный таким образом массив обеспечивает точную
настройку фильтров на любой частоте настройки приемника. В рабо
чем режиме приемника напряжения, подаваемые на варикапы фильтров
с выходов блока ЦАП контроллера, вычисляются путем линейной интер-
поляции запомненных управляющих значений. Индексы, по которым вы-
бираются управляющие значения, рассчитываются по частоте настройки
приемника. Аналогичный подход использован для поддержания равно-
мерности коэффициента передачи преселектора Неравномерность ко-
эффициента передачи не превышает 3 дБ на любой частоте рабочего
диапазона приемника. Внешний вид преселектора ЦРПУ АРК-ЦТ1 со
снятыми экранами показан на рис. 2.36.
На входе преселектора приемника имеется аттенюатор, регулиру-
ющий ослабление входного сигнала на 0, 10, 20 или 30 дБ.
Следующим важным элементом приемного тракта, определяющим
разрешающую способность и скорость перестройки приемника, явля-
ется блок синтезаторов частот. Единая опорная частота 12,8 МГц от
задающего генератора с кварцевой стабилизацией частоты и темпера-
турной стабилизацией поступает на блок синтезаторов Перестройка
Рис. 2.36. Преселектор ЦРПУАРК-ЦТ1
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
77
ЦРПУ с шагом 10 кГц реализуется перестройкой первого гетеродина,
настройка с шагом 500 Гц— перестройкой 3-го гетеродина, настройка
с шагом 1 Гц реализуется в блоке ЦОС.
К особенностям блока синтезаторов радиоприемных устройств
АРК-ЦТ1 следует отнести способ устранения побочных гармоник, про-
никающих в тракт ПЧ. Это достигается путем одновременного сдвига
частот 1 -го и 2-го гетеродинов при данной частоте настройки приемни-
ка на заранее выбранное смещение. В результате во всем рабочем диа-
пазоне приемника от 20 до 2020 МГц побочные гармоники отсутствуют.
Другой особенностью синтезатора является возможность коррек-
ции частоты встроенного опорного генератора. Относительная неста-
бильность частоты опорного генератора в диапазоне температур от 0 до
+50 °C достигает 3-10"6. Программная коррекция частоты опорного ге-
нератора при эксплуатации в расширенном диапазоне температур обес-
печивает уменьшение температурной нестабильности не менее чем в
три раза.
Для повышения стабильности частоты приемника предусмотрено
подключение внешнего опорного генератора 10 или 12,8 МГц. Пере-
ключение с внутреннего на внешний опорный генератор осуществля-
ется программным nyieM. Блок синтезаторов приемника обеспечивает
установку частоты с точностью не хуже 250 Гц менее чем за 15 мс.
Одним из факторов, определяющим разрешающую способность
приемного устройства, является фазовый шум синтезатора частоты. В
ЦРПУ АРК-ЦТ1 уровень фазовых шумов в основном обусловлен шумами
первого гетеродина, которые возрастают с увеличением его частоты.
Ввиду того что перекрытие по диапазону обеспечивается совместной
работой всех гетеродинов, распределение шумов по диапазону настро-
ек и зависит от частоты настройки, но не превышает 95 дБ/Гц. На
рис. 2.3 7 приведена типовая зависимость спектральной плотности мощ-
ности фазового шума от смещения частоты генерируемого сигнала.
Радиоприемный тракт построен по схеме супергетеродина с тре-
мя преобразованиями частоты. Четвертое преобразование частоты ре-
ализуется в блоке аналого-цифровой обработки сигналов. Значение
первой промежуточной частоты зависит от частоты принимаемого сиг-
нала настройки приемника и составляет 712 или 302 МГц, значение
Рис. 2.37. Спектрограмма фа-
зового шума на выходе ПЧЗ при
настройке на 460 МГц
78
Глава 2
Таблица 2.3
Характеристики избирательности фильтров промежуточной частоты
Параметр Промежуточная частота, МГц
302 712 45 10,7 1,6
Неравномерность АЧХ в полосе пропуска- ния, дБ, не более Полоса пропускания на уровне —1 дБ, МГц 17 24 ±0,5 6 3,2 2
Полоса пропускания на уровне —70 дБ, МГц 60 90 20 6,4 3,2
второй ПЧ — 45 МГц и, наконец, значение третьей — 10,7 МГц. ЦР-
ПУ имеет буферизованный выход третьей ПЧ, который можно исполь-
зовать для подключения дополнительных устройств, например деко-
деров радиосигналов.
Избирательность радиоприемного устройства по соседнему кана-
лу приема определяется характеристиками используемых фильтров ПЧ.
Поэтому при проектировании аналогового тракта ЦРПУ много внима-
ния уделялось разработке фильтров промежуточной частоты. Резуль-
тирующие характеристики фильтров приведены в табл. 2.3. Приме-
нение таких фильтров гарантирует подавление зеркальных и побоч-
ных каналов, возникающих в результате переноса спектров на величину
не менее 70 дБ. Типичное значение уровня подавления комбинацион-
ных помех равно 90 дБ.
Структурная схема блока АЦО1 представлена на рис. 2.38. Блок
состоит из двух основных узлов преобразователя частоты третьей ПЧ
(10,7 МГц) в четвертую ПЧ (1,6 МГц), аналого-цифрового преобразова-
теля, цифрового сигнального процессора, контроллера управления.
Сигнал на частоте 1,6 МГц подвергается аналого-цифровому пре-
образованию в 12-разрядном АЦП с частотой дискретизации 6,4 МГц.
Частоты четвертой ПЧ 1,6 МГц и АЦП связаны между собой. Выбранное
отношение входной частоты 1,6 МГц к частоте дискретизации 6,4 МГц,
равное 1:4, позволяет использовать алгоритмы, сокращающие число
К ПЭВМ К блоку ЦТ1
Рис. 2.38. Структурная схема блока АЦО1
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
79
дискретизированного
сигнала (без фильтрации)
AMXcnv Рабочая полоса
11ереходная полоса он
Рис. 2.39. Переход
на промежуточную
частоту 1,6 МГц
вычислительных операций при получении комплексной огибающей циф-
рового сигнала [59, 210]. Операции, связанные с переносом спектра с
третьей ПЧ на четвертую ПЧ, показаны на рис. 2.39.
Перед аналого-цифровым преобразованием сигнал в канале
1,6 МГц дополнительно фильтруется в полосовом фильтре с полосой
пропускания 2 МГц. При отстройке от центральной частоты полосы
пропускания на 2,6 МГц обеспечивается подавление не менее чем на
80 дБ. Неравномерность коэффициента передачи фильтра в полосе
пропускания не превышает 1 дБ. С выхода полосового фильтра сиг-
нал поступает на вход АЦП.
После аналого-цифрового преобразования цифровой сигнал по-
ступает в цифровой сигнальный процессор компании Analog Devices,
основное назначение которого состоит в спектральном анализе сигна-
лов на основе быстрого преобразования Фурье (БПФ). Длина типово-
го спектра составляет 1024 комплексных отсчета. Дискретность спек-
тральных отсчетов равна 3,125 кГц. Для уменьшения эффекта Гиббса
входная временная выборка взвешивается окном Кайзера- Бесселя, при
выбранной частоте дискретизации эквивалентная шумовая полоса окна
составляет 6 кГц. Время вычисления комплексного спектра 1024 отсче-
та не превышает 5,5 мс. В случае необходимости длина временной вы-
борки, используемой в вычислениях, может достигать 16000 отсчетов.
В ЦСП могут осуществляться дополнительные виды обработки, такие,
как обнаружение сигнала, вычисление разности фаз, пиковое, квазипи-
ковое и среднеквадратическое детектирование, цифровая демодуляция,
80
Глава 2
Обмен с ПЭВМ осуществляется по параллельному порту принтера.
При этом могут использоваться протоколы EPP, Bi-Di или SPP. Особен-
ностью блока АЦО1 является то, что программы для ЦСП загружаются
из ПЭВМ. Это обеспечивает быструю смену программы ЦСП непосред-
ственно в процессе его работы.
Цифровое радиоприемное устройство АРК-ЦТ1 имеет в своем со-
ставе импульсный блок вторичного электропитания, обеспечивающий
возможность работы приемника от источников питания с диапазоном
напряжений от 9 до 33 В и не ухудшающий чувствительность анало-
говых цепей приемника.
В радиоприемном устройстве поддержку внутреннего температур-
ного режима обеспечивает программно-аппаратный контроллер, управ-
ляющий внутренними нагревательными элементами и внешним прину-
дительным обдувом, используемым в сочетании с тепловыми радиато-
рами, установленными на корпусе приемника.
ЦРПУ АРК-ЦТ1 может работать в условиях существенных механи-
ческих воздействий. Он устойчив к вибрационным нагрузкам в диапа-
зоне частот от 10 до 55 Гц амплитудой перемещения 0,15 мм и удар-
ным нагрузкам с пиковым ускорением 10 g при длительности удар-
ного импульса 16 мс.
На базе приемника АРК-ЦТ1 легко реализуется двухканальный ко-
герентный приемник АРК ЦТ2, он состоит из двух идентичных радиопри-
емных трактов АРК-ЦТ1 и двухканального блока аналого-цифровой об-
работки.
Перечисленные особенности ЦРПУ АРК-ЦТ1 сделали возможным
его использование в качестве аппаратного ядра для мобильных и раз-
ворачиваемых комплексов радиомониторинга и пеленгования АРК-МК1-
АРК-МК6 [14, 139], а также в одноканальных системах выявления кана-
лов утечки информации АРК-Д1Т и двухканальных АРК Д7 [16].
2.6. Цифровой панорамный
измерительный приемник АРК-Д1ТР
Высокая стабильность характеристик ЦРПУ АРК-ЦТ1 сделала воз-
можным создание на его основе панорамного измерительного прием-
ника АРК-Д1ТР [175].
Панорамный измерительный приемник АРК-Д1ТР —это отечествен-
ное радиоприемное устройство, сертифицированное Госстандартом
эоссии в качестве средства измерений [9]. Как и ЦРПУ АРК-ЦТ1, прием -
ник предназначен для работы в частотном диапазоне от 20 до 2020 МГц
н составе автоматизированных комплексов радиомониторинга. Для рас-
ширения рабочего диапазона частот до 18 ГГц к измерительному при-
емнику АРК-Д1ТР предусмотрено подключение конвертера АРК-КНВ4,
который также сертифицирован Госстандартом РФ в качестве сред-
ства измерений [10].
81
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
Характеристики панорамного измерительного приемника
АРК-Д1ТР
Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц.........20. ..2020
Рабочий диапазон частот в максимальной конфигурации
(с конвертером АРК-КНВ4), МГц...........................0,009...18
Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения
уровней, дБ.............................................±3
Динамический диапазон измеряемых радиосигналов с учетом
встроенных аттенюаторов, дБ............................100
Динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го по-
рядков, дБ..............................................70
Ослабление по зеркальному каналу и побочным каналам на
ПЧ, дБ..................................................70
Чувствительность, ограниченная шумами, (с+ш)/ш до 6 дБ,
дБм, на частотах, МГц:
20...1012.............................................-110 (-3 дБмкВ,
0,71 мкВ)
1012. ..2020..........................................-107 (0 дБмкВ,
1,0 мкВ)
Максимальный измеряемый сигнал на входе приемника, дБм —7 (100 дБмкВ)
Скорость панорамного анализа в рабочем диапазоне, МГц/с., 150
Стабильность частоты....................................2 10-6
Частота внешнего опорного генератора, МГц...............12,8
КСВН по входу...........................................не более 3
Питание, В..............................................27±3
Потребляемый гок, А.....................................1,2
Масса, кг...............................................7,5
Габаритные размеры (ширинах высотах глубина), мм ....... 340x130x260
Приемник изготавливается в виде переносного прибора настольно-
го типа в составе двух блоков — блока ЦТ1 и блока АЦО1.
Возможность использования ЦРПУ в качестве измерительного при-
бора достигнута в первую очередь благодаря автоматизации процесса
регулировки амплитудно-частотных характеристик трактов приемника в
заводских условиях и калибровки прибора в ходе эксплуатации.
В панорамном измерительном приемнике Д1ТР реализована воз-
можность формирования и использования при эксплуатации файлов ка-
либровки системы «в целом». Особенностью калибровки является ис-
пользование калибровочных файлов, содержащих массив поправочных
коэффициентов для списков частот и температур.
Калибровка осуществляется с помощью источников образцовых
сигналов, аттенюаторов и соединителей, погрешность которых в
3...5 раз меньше допустимой основной погрешности приемника. Ка-
либровка выполняется в нескольких реперных точках частотного диа-
пазона путем изменения значения передаточной функции до получения
номинального показания. Поправки между двумя реперными точками
рассчитываются по методу линейной интерполяции, что существенно
упрощает алгоритм коррекции. Увеличивая число реперных точек, мож-
но уменьшить систематическую погрешность до уровня, определяемо-
го погрешностью процесса калибровки. Калибровка позволяет прове-
82
Глава 2
рять исправность измерительного приемника и уменьшить его систе-
матическую погрешность.
Интерполяция позволяет с заданной погрешностью найти попра-
вочные значения, находящиеся в интервалах между двумя реперными
точками Точность интерполяции зависит от интервала (t2 — h) измене-
ния аргумента и приращения F(t2) — F(tJ функции.
При линейной интерполяции отсчет F(t 12) в произвольной точке £12
между точками и t2 определяется по формуле
PU12) = F[t}) +--------------------. (2.58)
*2 — Н
В приемнике АРК-Д1ТР калибровка по методу линейной интерпо-
ляции между узловыми точками осуществляется на этапе настройки
блока преселекторов.
Для выполнения требований ГОСТ [63] программно реализованы
пиковый, квазипиковый и среднеквадратический детекторы. Они рабо-
тают по временной выборке сигнала на ПЧ. Перед тем как подвергнуть
сигнал детектированию, он фильтруется в полосовом цифровом филь-
тре. Полосу цифрового фильтра можно задавать из списка, в том чис-
ле имеются полосы пропускания 9 и 120 кГц, рекомендованные ГОСТ.
Предусмотрена возможность изменения постоянных времени заряда и
разряда для квазипикового детектора. Для этого инерционная часть
квазипикового детектора реализована в виде цифровой модели анало-
гового фильтра первого порядка с передаточной функцией
W = -4~, (2.59)
рт + 1
где р — комплексная переменная; т — постоянная времени фильтра.
При использовании интегрирования по методу трапеций передаточная
функция дискретного фильтра будет иметь вид
/<(*“') =
2 1 -z-1
(2.60)
где z — комплексная переменная; Та — период дискретизации сигнала
промежуточной частоты; т — постоянная времени. Разностное урав-
нение такого цифрового фильтра
З/М = + rtk - 1]) - - 1], (2.61)
Тд + 2т Тд + 2т
где х[А:] — отсчет сигнала на входе фильтра; ?/[&] — отсчет сигнала на
выходе детектора; к — номер временного отсчета. Период следова-
ния времениbix отсчетов равен Тл.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
83
Если входной сигнал х[А:] растет или убывает, то используются ко-
эффициенты фильтра, рассчитанные по постоянной времени заряда или
разряда соответственно.
2.7. Цифровое радиоприемное
устройство АРК-ЦТЗ
По сравнению с ЦРПУ АРК-ЦТ1 устройство АРК-ЦТЗ имеет более
высокие характеристики линейности радиоприемного тракта, избира-
тельности, рабочего диапазона частот, ширины полосы пропускания и
скорости перестройки по частоте. Динамический диапазон по интермо-
дуляции «ретьего порядка 75 дБ, рабочий диапазон частот от 9 кГц до
3 ГГц, ширина полосы пропускания радиоприемного тракта 5 МГц, вре-
мя перестройки синтезатора не превышает 5 мс. В этом радиоприем-
ном устройстве реализована модульная конструкции на основе стандар-
та Compact PCI с размерами печатных плат модулей 100x160 мм. Базо-
вый вариант приемника имеет два когерентных канала приема. Внеш
ний вид радиоприемного устройства в стоечном исполнении показан на
рис. 2.31.
Технические характеристики ЦРПУ АРК-ЦТЗ с двумя когерентными
каналами
Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц........... 0,009...3000
Входной аттенюатор, дБ....................................10, 20, 30
Максимально допустимый сигнал на входе, дБм...............23
Коэффициент шума, дБ, в диапазоне, МГц, не более:
25...1000...............................................14
свыше 1000..............................................16
Нестабильность частоты опорного генератора................10-6
Относительная погрешность установки частоты (—20...+50 °C) ... 10-6
Время настройки синтезатора, мс, не более.................5
Фазовый шум гетеродина при расстройке на 10 кГц, дБ/Гц....—95
Избирательность и нелинейные искажения:
ослабление помехи промежуточной частоты, дБ, не менее...70
избирательность по зеркальному каналу, дБ...............70
динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го поряд-
ков, дБ...................................................70
неравномерность коэффициента передачи в рабочем диапа-
зоне частот, не более, дБ.................................±3
Сигнал промежуточной частоты:
частота аналогового сигнала ПЧ, МГц.....................41,6
полоса пропускания до выхода ПЧ, МГц....................4 или 5
Дискретность установки частоты демодулятора, Гц...........1
Интервал рабочих температур, °C...........................—20...+50
Напряжение питания, В.....................................24...30
Потребляемая мощность, ВА, не более.......................50
Габаритные размеры (ширинахвысотахглубина), мм...........450x140x300
Масса, кг, не более.......................................6,5
Радиоприемное устройство АРК-ЦТЗ состоит из коммутатора диа-
пазонов и двух идентичных каналов приема сигналов (канал А и канал Б),
84
Глава 2
Рис. 2.40. Структурная схема АРК-ЦТЗ
которые подключаются к двухканальному блоку цифровой обработки
сигналов. Структурная схема ЦРПУ АРК-ЦТЗ приведена на рис. 2.40.
Сигналы от антенн или антенного коммутатора подаются на двух-
канальный коммутатор диапазонов, который в зависимости от частоты
настройки подключает их к соответствующим входам каналов А или Б.
В диапазоне 25 МГц...1 ГГц входные сигналы подключаются ко входам 1
каналов, в диапазоне 1...3 ГГц — к входам 2. Управление РПУ осу-
ществляется по последовательному интерфейсу RS-485.
Структурная схема одного канала приема приведена на рис. 2.41.
В состав канала входят.
• блоки радиочастоты БРЧ-1 и БРЧ-2, осуществляющие предвари-
тельную частотную селекцию, усиление сигналов и преобразование
частоты на первую ПЧ, равную в зависимости от частоты настройки
299,2 или 708,8 МГц (по частотному плану);
• блок синтезаторов БС, предназначенный для формирования сигна-
ла первого гетеродина для смесителей БРЧ1 и БРЧ2;
• блок промежуточной частоты БПЧ, осуществляющие основную ча-
стотную селекцию, усиление сигналов и преобразование частоты
на вторую ПЧ, равную 41,6 МГц;
• блок управления и питания БУП, предназначенный для формиро-
вания необходимого для остальных блоков набора напряжений пи-
тания, приема и обработки команд от блока цифровой обработки,
формирования единой опорной частоты 12,8 МГц, необходимой для
работы синтезаторов, входящих в состав БС и БПЧ.
Входной сигнал частотой 25.. 1000 МГц поступает на аттенюатор
блока БРЧ-1, а затем на узел преселекции. В преселекторе органи-
зован набор из семи диапазонных частотных каналов, для выбора ко-
торых используются семиканальные входной и выходной коммутаторы.
Каждый канал имеет два перестраиваемых полосовых фильтра, управ-
ляемых микроконтроллером, и буферный каскад. Сигнал с буферного
каскада подается на вход смесителя. На другой его вход поступает
сигнал от гетеродина с частотой 733,8... 1299,2 МГц.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
85
Рис. 2.41. Структурная схема АРК-ЦТЗ (один канал приема)
БРЧ-1
86
Глава 2
Входной сигнал частотой 1 ...3 ГГц поступает на входной аттенюатор
блока радиочастот БРЧ-2, а затем на узел преселекции. Преселектор
БРЧ-2 имеет восемь частотных каналов, для выбора которых использу-
ются восьмиканальные входной и выходной коммутаторы. Каждый канал
включает в себя два неперестраиваемых полосовых фильтра и буфер-
ный каскад. Сигнал с буферного каскада подается на вход смесителя.
На другой его вход поступает сигнал с перестраиваемого гетеродина
блока синтезаторов частотой от 1550...2800 МГц.
Блок синтезаторов БС предназначен для формирования сетки опор-
ных частот для смесителей блоков БРЧ-1 и БРЧ 2. БС состоит из
трех перестраиваемых гетеродинов с частотами перестройки 733...913,
913...1131, 1131... 1400 МГц. Все гетеродины выполнены на основе син-
тезатора частоты. Единая опорная частота поступает на блок синтезато-
ров от опорного генератора. На вход смесителя БРЧ-1 подается сигнал
от гетеродинов, а на вход смесителя БРЧ -2 — сигнал после удвоения
частоты. Для организации когерентной работы каналов в составе пе-
ленгаторных устройств предусмотрена возможность как вывода на вы-
ходные разъемы синхронизации сигналов внутренних гетеродинов, так
и получение с входных разъемов сигналов от внешнего генератора.
Блок промежуточной частоты БПЧ состоит из двух каналов обра-
ботки первой ПЧ, синтезаторов и коммутаторов входных и выходных
сигналов ПЧ. Входные коммутаторы осуществляют переключение сиг-
налов с выходов блоков БРЧ-1 и БРЧ-2 на один из каналов обработки
первой ПЧ (УПЧ-1 или УПЧ-2).
Значения первой ПЧ и частоты первого гетеродина в зависимости
от частоты настройки тюнера приведены в табл. 2.4.
УПЧ-1 и УПЧ-2 имеют одинаковую структуру и состоят из фильтра
и буфера первой ПЧ и второго смесителя. Сигналы с буферных кас-
кадов подаются на вход смесителей. На другие их входы поступают
сигналы с соответствующих фиксированных гетеродинов модуля синте-
заторов БПЧ (257,6 и 667,2 МГц). Аналогично БС в БПЧ для органи-
зации когерентной работы каналов в составе пеленгаторных устройств
имеется возможность как вывода на выходные разъемы синхронизации
сигналов внутренних гетеродинов, так и получение с входных разъемов
сигналов от внешнего источника для дальнейшего их использования в
качестве сигналов гетеродина.
Таблица 2.4
Значения промежуточных частот первого гетеродина АРК-ЦТЗ
Частота настройки, МГц Частота гетеродина, МГц ПЧ, МГц
25...464,8 733.8...1173,6 708,8
464,8...1001,2 767,4... 1300.4 299,2
1001,2...1250,8 1710...1959,6 708.8
1250.8...2550,4 1550...2799,6 299,2
2550,4...2750 2201,2...2450,8 299,2
2750...3000 2041,2...2291,2 708,8
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
87
Блок управления и питания БУП включает импульсный преобразо-
ватель напряжения, формирующий необходимый для остальных блоков
набор напряжений питания, микроконтроллер, осуществляющий прием
и обработку команд от блока цифровой обработки, и опорный генератор
для формирования единой опорной частоты 12,8 МГц для синтезаторов
частот, входящих в состав БС и БПЧ. Для организации работы обоих
каналов от единой опорной частоты в БУП предусмотрена возможность
как вывода на выходной разъем синхронизации сигнала опорного гене-
ратора, так и получение с входного разъема сигнала опорного генера-
тора от внешнего источника (другого канала).
2.8. Цифровое радиоприемное
устройство АРК-ПР5 «Аргамак»
Цифровое радиоприемное устройство АРК-ПР5 «Аргамак» [86, 162]
по сравнению с АРК-ЦТ1 и АРК-ЦТЗ имеет уменьшенные в несколько
раз массу и габаритные размеры. При этом его параметры по точно-
сти, чувствительности превосходят АРК-ЦТЗ, а время настройки синте-
затора по частоте уменьшено и составляет не более 2 мс. Конструкция
приемника состоит из двух модулей: ВЧ-ОВЧ-СВЧ преобразователя ра-
диосигналов АРК-ПС5 и модуля цифровой обработки сигналов АРК-ЦО,
как показано на рис. 2.42.
Каждый из модулей размещается на многослойной печатной плате
размером 100x160 мм. Исполнение каждого из двух модулей делает
возможным их совместное или раздельное использование в аппарату-
ре. Важной особенностью ЦРПУ является возможность его примене-
ния без каких-либо доработок в многоканальных когерентных системах.
Кроме того, ЦРПУ имеет стабильные характеристики, возможность под-
ключения внешнего опорного генератора, что позволяет использовать
его в кацестве измерительного средства. Еще одной полезной особен-
ностью является возможность выбора полосы пропускания приемника
из значений 2, 5 или 10 МГц.
В зависимости от полосы пропускания приемника совместно с ним
используются модули цифровой обработки сигналов АРК-ЦО2, АРК-ЦО5
и АРК-ЦОЮ с полосой пропускания 2, 5 и 10 МГц соответственно.
В зависимости от варианта исполнения ЦРПУ «Аргамак» может раз-
мещаться в отдельном корпусе, как показано на рис. 2.43, в защитном
Рис. 2.42. Укрупненная структурная схема ЦРПУ «Аргамак»
88
Глава 2
л
ВЫХ&ДЫ входы
m2 iwi к* ука
®@q® i
6)
Рис. 2.44. ЦРПУ АРК-ПР5 в защит-
ном кейсе с резервным аккумулятором
Рис. 2.43. ЦРПУ АРК-ПР5: а — вид
спереди: б — вид сзади
кейсе (рис. 2.44) или встраиваться непосредственно в аппаратуру, на-
пример в антенную систему пеленгатора «Артикул-П», в корпус ручного
радиопеленгатора АРК-РП4 и т.п.
ЦРПУ «Аргамак» имеет аналоговые выходы ПЧ с шириной поло-
сы 2, 5 или 10 МГц для подключения к нему различной декодирующей
или демодулирующей аппаратуры.
Технические характеристики ЦРПУ АРК-ПР5 «Аргамак»
Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц........ 0 009...3000
Входной аттенюатор, дБ.................................0...30 с шагом 2
Максимально допустимый сигнал на входе, дБм............23
Коэффициент шума, дБ, в диапазоне, МГц, не более:
25..1000.............................................12
свыше 1000...........................................14
Нестабильность частоты опорного генератора.............5- • 10-7
Относительная погрешность установки частоты (—20...+50 °C) . 5 • 10" 7
Время настройки синтезатора, мс, не более..............2
Фазовый шум гетеродина при расстройке на 10 кГц. дБ/Гц, в
диапазоне, МГц:
25...1000............................................-95
свыше 1000...........................................—85
Избирательность и нелинейные искажения:
точка пересечения по интермодуляции 3-го порядка ТР3, дБмО
ослабление помехи промежуточной частоты, не менее, дБ ... 70
избирательность по зеркальному каналу, дБ............70
динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го по-
рядков, дБ.............................................75
неравномерность коэффициента передачи в рабочем диапа-
зоне частот не более, дБ...............................±3
Сигнал промежуточной частоты.
частота аналогового сигнала ПЧ, МГц..................10,7 или 41.6
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
89
полоса пропускания до выхода ПЧ, МГц...............2, 5 или 10
Блок цифровой обработки сигналов:
дискретность установки частоты настройки демодулято-
ра, Гц...............................................1
встроенный демодулятор ............................AM, ЧМ, ФМ, ОМ, ЧТ
детекторы для измерение уровня сигнала..............Пиковый, квазипико-
вый, среднеквадра-
тический
Скорость вычисления спектра при использовании, МГц/с:
модуля цифровой обработки АРК-ЦО2................600
модуля цифровой обработки АРК-ЦО5................1500
модуля цифровой обработки АРК-Ц010...............3000
Выходы, интерфейс управления и передачи данных:
низкочастотный выход звука.........................Имеется
выход звука на наушники..........................Имеется
интерфейс управления и передачи данных...........USB 2.0
Интервал рабочих температур, °C....................-20... +50
Напряжение питания, В..............................9... 16
Потребляемая мощность, ВА..........................15
Габаритные размеры (ширинах высотах глубина), мм... 108x42x200
Масса, кг, не более................................1,5
Модуль цифровой обработки АРК-ЦО имеет звуковой линейный и
регулируемый выходы из цифрового демодулятора сигналов, получе-
ние команд и передача данных в ПЭВМ осуществляется по последо-
вательному интерфейсу USB 2.0. В ПЭВМ передаются вычисленные
спектральные панорамы или временное выборки сигналов. Скорость
получения спектральной панорамы зависит от полосы пропускания при-
емника и блока цифровой обработки и может превышать 3000 МГц/с
при полосе пропускания 10 МГц. Возможна передача в ПЭВМ непре-
рывной временной выборки произвольной длительности для принима-
емого сигнала с полосой до 2 МГц. Для полосы сигнала 5 и 10 МГц
передаются временное выборки ограниченной длительности.
Достижение малых массы и габаритных размеров ЦРПУ стало воз-
можным за счет использования современных пассивных радиоэлектрон-
ных компонентов типоразмеров 0402, 0603 и 0805 и микросхем в без-
выводных корпусах MLP, QFN, при использовании которых плотность
поверхностного монтажа составила более 10 элементов на квадратный
сантиметр. На плату приемника АРК-ПР5 размером 100x160 мм уста-
новлено около 1800 элементов. В топологии печатных плат предусмот-
рены реперные знаки для автоматической сборки, имеются контрольные
точки для автоматизированной регулировки. Для производства мно-
гослойной печатной платы использовались материалы FR-4 и RO4350,
что позволило обеспечить повторяемость параметров от образца к об-
разцу, учесть эти параметры в математических моделях. На всех эта-
пах проектирования широко применялось математическое моделиро-
вание, позволившее сбалансировать характеристики узлов приемника,
выбрать наилучшее расположение компонентов печатного монтажа без
изготовления опытных образцов.
90
Глава 2
На рис. П6 цветной вклейки показан внешний вид модуля ВЧ-ОВЧ-
СВЧ преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 для ЦРПУ «Аргамак» со
снятыми экрана, а на рис. 2.43 — его структурная схема
Модуль ВЧ-ОВЧ-СВЧ АРК-ПС5 представляет собой устройство раз-
мером 100x160x20 мм, размещенное на одной плате в стандарте Euro-
board. Модуль предназначен для приема радиосигналов в диапазоне
частот 9 кГц. ..3 ГГц. Выходным сигналом является сигнал ПЧ на частоте
10,7 или 41,6 МГц. Выбор значения ПЧ для каждого из двух выходов осу-
ществляется программно. Для приема в УКВ диапазоне 25...3000 МГц
при выходной ПЧ 41,6 МГц используется два преобразования частоты,
при выходной ПЧ 10,7 МГц — три преобразования.
Для приема в КВ диапазоне 0,009...30 МГц при выходной ПЧ
41,6 МГц используется одно преобразование частоты и два при вы-
ходной ПЧ 10,7 МГц
Сигнал выходной ПЧ поступает на два независимых выходных разъ-
ема, для каждого из которых можно назначить свое значение ПЧ
Для организации синхронной работы гетеродинов приемника в со-
ставе комплекса из нескольких АРК-ПР6 на его плате размещены четыре
разъема. Используя их, можно обеспечить следующие режимы синхро-
низации:
1) полностью автономная работа от внутреннего опорного генера-
тора частотой 12,8 МГц с точностью 5 • 10-7;
2) автономная работа синтезаторов частоты от внешнего опорного
генератора, сигнал которого подается на один из четырех разъемов
синхронизации с целью повышения точности установки частоты и для
частотной синхронизации комплекса из нескольких модулей АРК-ПС5;
3) автономная работа от внутреннего опорного генератора с выда-
чей сигнала опорной частоты на один из четырех разъемов синхрони-
зации для частотной синхронизации комплекса из нескольких модулей
АРК-ПС5;
4) работа синтезаторов от внутреннего опорного генератора с вы-
дачей сигналов гетеродинов на четыре внешних разъема для обеспе-
чения синхронизации частот нескольких АРК-ПС5 с точностью до фазы
(например, работа в составе пеленгаторных комплексов);
5) режим полностью ведомых гетеродинов с отключенными внут-
ренними опорными генераторами и синтезаторами частот для обеспе-
чения синхронизации нескольких изделий АРК-ПС5 с точностью до фазы
(например, работа в составе пеленгаторных комплексов).
Во всех указанных режимах настройка преселекторов и других уз-
лов обеспечивается по шине управления независимо для каждого из-
делия АРК-ПС5 в соответствии с командами от управляющей ПЭВМ
или другого устройства.
На входе блоков преселекторов ВЧ и ОВЧ-СВЧ установлены бло-
ки аттенюаторов, предназначенные для ослабления входных сигналов
в пределах 0...30 дБ с шагом 2 дБ.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
91
СО ф
CD
iD
l s 7 doieiAmoM
i 8 z doieiAwwo»
о
T
8
О
I
£
CD
5
О
ё
о
ф
3
О
8
2 fl l doieiAwwox
I a z doiei/wwoji
l s z doieiAwwox
। 8 g do±eiAwwo>i
r _ !• 0 с
doieiAmo» doiex/wwo>|
L 0 с
£
Ф
s
C’~.
l 8 7 doieiAvwosi
P 0)
t- т
О Ф
Рис. 2.43. Структурная схема ВЧ-ОВЧ-СВЧ преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 ЦРПУ «Аргамак;
92
Глава 2
Блок преселекторов тракта 25...3 ГГц предназначен для предвари-
тельной селекции с целью подавления сигналов на побочных каналах
приема и улучшения отношения сигнал-шум на входе первого смеси-
теля. Входной сигнал через входной коммутатор поступает на входы
перестраиваемых фильтров, которые осуществляют селекцию входного
сигнала в заданных диапазонах частот. Имеются семь перестраива-
емых диапазонных фильтров (ППФ1-ППФ7), переключаемых входным
и выходным коммутаторами, для интервалов частот: 25...53; 53.. 110;
110...225; 225 ..465; 465...850; 850...1600; 1600...3000 МГц. В пределах
этих интервалов каждый фильтр перестраивается варикапами, управ-
ление которыми осуществляется от ЦАП Блок преселекторов тракта
9 кГц...30 МГц состоит из четырех полосовых фильтров для поддиапа-
зонов частот 9...1500 кГц; 1,5...4,5; 4,5...12 и 12...30 МГц. При этом
фильтр для нижнего поддиапазона является неперестраиваемым, три
других фильтра — перестраиваемые с полосой пропускания 1 или 2 МГц.
Управление ЦАП и коммутаторами преселекторов обеспечивается
микропроцессорным блоком управления. Индивидуальные настройки
преселекторов для каждого экземпляра сохраняются в энергонезависи-
мом запоминающем устройстве, что позволяет получить малую нерав-
номерность коэффициента передачи как в полосе пропускания, так и
во всем рабочем диапазоне.
Блоки преобразователей частоты (БПЧ) предназначены для пере-
носа сигналов радиочастот на промежуточные частоты, усиления и по-
давления зеркальных каналов и состоят из трех модулей и фильтров ПЧ.
Сигнал с блока преселекторов ОВЧ-СВЧ диапазонов поступают на
вход БПЧ1, который осуществляет преобразование входного сигнала
на промежуточные частоты 300 и 706,8 МГц в соответствии с частот-
ным планом. Сигнал поступает на вход перового смесителя (СМ1), на
другой вход смесителя поступает сигнал с перестраиваемого гетеро
дина. Сигнал от гетеродина подается через коммутатор от одного из
трех источников: от внешнего гетеродина или с одного из двух внут-
ренних генераторов ГУН 1.1 или ГУН 1.2, выбираемых в соответствии с
частотным планом. В результате преобразования сигнала на выходе
смесителя образуется сигнал первой промежуточной частоты ПЧ1 с ча-
стотой 300 или 706,8 МГц, который затем поступает на блок фильтров
ПЧ1. Значения первой промежуточной частоты ПЧ1 и частоты пере-
страиваемого гетеродина БПЧ1 в зависимости от частоты приемника
приведены в табл. 2.5.
С выхода блока фильтров ПЧ1 сигнал подается на БПЧ2. Блок
осуществляет преобразование сигнала первой ПЧ в сигнал второй ПЧ
41,6 МГц. Сигнал с блока фильтров ПЧ1 поступает на вход СМ2, на
другой его вход поступает сигнал от одного из гетеродинов, выбранных
в соответствии с частотным планом. С выхода СМ2 сигнал второй про-
межуточной частоты ПЧ2 частотой 41,6 МГц поступает на блок фильтров
ПЧ2 и далее на БПЧ4 и на коммутатор выходов ПЧ.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
93
Таблица 2.5
Значения первой промежуточной частоты и частоты гетеродина
Частота настройки, МГц Частота гетеродина, МГц ПЧ, МГн
25...464,8 731,8...1171,8 706,8
464,9...1000 764,9...1300 300
1000,1 .1599,1 1706,9...2305,9 706,8
1599,2..2600,6 1899,2...2300,6 300
2600,7...3000 1893,9...2293,2 706,8
Сигнал с блока преселекторов ВЧ диапазона поступает на БПЧЗ,
где он преобразуется на ПЧ 41,6 МГц. БПЧ4 преобразует сигнал второй
ПЧ в сигнал третьей ПЧ 10,7 МГц.
Сигнал выходной ПЧ поступает на два независимых выходных разъ-
ема, для каждого из которых можно программно назначить значение
ПЧ 41,6 или 10,7 МГц.
Все гетеродины БПЧ выполнены на основе синтезаторов частоты.
Единая опорная частота 12,8 МГц, поступающая на синтезаторы, вы-
рабатывается термостатированным внутренним опорным генератором
либо внешним опорным генератором с частотой 12,8 МГц.
Блок управления обеспечивает прием команд и передачу управляю-
щих напряжений и команд в узлы приемника. Струкгурная схема блока
управления приведена на рис. 2.44.
Блок управления состоит из узла микропроцессорного управления
(МПУ) и двух цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП1 и ЦАП2). Ко-
манды от внешнего источника, например от модуля АРК-ЦО, поступа-
ют на блок управления по последовательной шине протокола RS-485.
Блоки ЦАП формируют управляющие напряжения для преселекторов и
кварцевого опорного генератора.
Блок питания приемника преобразует постоянное входное напря-
жение 9... 16 В в набор постоянных выходных напряжений (-3; +5; +3,3;
+ 15 и +25 В), необходимых для питания блоков. Структурная схема
блока питания приведена на рис. 2.45.
Внешнее
управление^
RS-485
Блок управления
3
К блоку
преселекторов
2
К модулю ОГ
Дежурное
питание
<-5 В
Модуль
МПУ
К синтезаторам
модулей
переноса частот
К регистрам
► коммутаторов
и аттенюаторов
К блоку питания
5
2
1
Рис. 2.44. Структурная схема блока управления
94
Глава 2
Рис. 2.45. Структурная схема блока питания
Блок питания состоит из вторичных источников питания (ПИП),
входных и выходных фильтров питания (ФП), уменьшающих пульсации
выходных напряжений, и стабилизатора (СТ), обеспечивающего дежур-
ное питание микропроцессора.
Перейдем к рассмотрению второго модуля, входящего в ЦРПУ «Ар-
гамак» — блока цифровой обработки (ЦО). Структурная схема блока
приведена рис. 2.46, а фотография печатной платы с установленными
компонентами — на рис. П7. На фотографии показан модуль АРК-ЦО
без установленных экранов. После регулировки его узлы подвергают-
ся тщательной экранировке.
В блоке ЦО предусмотрено наличие аналоговых фильтров, позво-
ляющих однозначно представлять сигнал в цифровой форме. Демо-
дуляция сигнала для слухового контроля осуществляется программно-
аппаратными средствами, что позволяет наращивать число допустимых
видов модуляции без изменения аппаратной части и массогабаритных
размеров. Имеется возможность записи радиосигналов в векторной
форме для последующего технического анализа. Модуль обеспечивает
одновременную работу в режиме панорамного анализа и демодуляции
сигнала. Модуль АРК-ЦО является двухканальным, что позволяет про-
водить когерентную обработку сигналов.
Модуль обеспечивает высокую производительность при решении
задач пеленгования, демодуляции и записи радиосигнала в векторной
форме, он является связующим звеном в системе управления комплек-
сом радиомониторинга, обеспечивающим обмен между ПЭВМ или дру-
гим управляющим устройством, процессорами ЦОС, преобразователя-
ми радиосигналов и дополнительным оборудованием.
Как и блок приемника АРК-ПС5, блок АРК-ЦО выполнен в виде мо-
дуля размером 100x60x20 мм. На него поступает сигнал промежуточ-
ной частоты 41,6 или 10,7 МГц. При ПЧ 41,6 МГц блок обеспечива-
ет обработку аналогового сигнала с полосой 5 или 10 МГц, а при ПЧ
10,7 МГц — сигнала с полосой 2 МГц.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
95
Аналоговые выходы
Рис. 2.46. Структурная схема блока цифровой обработки сигналов
96
Глава 2
Блок выполняет фильтрацию входного сигнала, его преобразова-
ние в цифровую форму, последующую обработку сигнала, например
демодуляцию или вычисление спектра, предварительное усиление вы-
ходного звукового сигнала. Кроме того, блок обеспечивает управление
внешними устройствами по последовательному интерфейсу RS-485, на-
пример приемным трактом АРК-ПС5.
Модуль имеет два канала обработки, каждый канал имеет по два
коммутируемых входа. Для синхронизации работы с другими устройст-
вами на опорной частоте имеются также два аналоговых входа-выхода и
цифровой дифференциальный вход-выход на частоту 12,8 МГц. Устрой-
ство может работать автономно или управляться внешней ПЭВМ по
шине USB 2.0. Кроме того, модуль имеет два последовательных порта
стандарта RS-485 для связи или управления другими устройствами.
Как видно из структурной схемы, модуль АРК-ЦО содержит три
цифровых сигнальных процессора типа AD2185 фирмы Analog Devices
для цифровой обработки принимаемых сигналов и два управляющих
процессора с ядром типа Intel 8051 для контроля звука и обмена дан-
ными между ПЭВМ, цифровыми процессорами и модулем АРК-ПС5 или
другими устройствами. Выбор данных цифровых сигнальных процессо-
ров обусловлен необходимостью снижения потребляемой мощности и
уровня помех, создаваемых этими электронными устройствами.
К особенности модуля нужно отнести наличие встроенного синте-
затора тактовой частоты, что обеспечивает возможность подключения
внешнего высокостабильного опорного генератора, позволяет повысить
стабильность аналого-цифрового преобразования сигнала и, как след-
ствие, повысить точность измерения параметров сигнала, например
его несущей частоты.
Цифровые приемники AD6620 по одному на каждый канал осу-
ществляют операции демодуляции или фильтрацию и децимацию сиг-
нала для выполнения векторного анализа.
Модуль АРК-ЦО может работать в трех основных режимах: авто-
номно от выносного пульта управления, под управлением ПЭВМ по
интерфейсу USB и интерфейсу RS-485. Последний режим может ис-
пользоваться для построения сети комплексов, управляемых по радио-
модемам.
2.9. Выносной дистанционно
управляемый конвертер АРК-КНВ4
Преобразователь радиосигналов АРК-КНВ4 работает в составе
комплексов широкополосного автоматизированного радиомониторин-
га и выявления технических каналов утечки информации по радиока-
налам. Он предназначен для переноса радиосигналов диапазона ча-
стот 1...18 ГГц на промежуточную частоту 41,6 МГц. Конвертер может
использоваться как носимое или как стационарное устройство, уста-
навливаемое на мачте или штативе. Конвертер подключается к ЦРПУ
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
97
АРК-ЦТ1, АРК-ЦТ2, АРК-ПР5, панорамным измерительным приемникам
АРГАМАК-И, АРГАМАК ИМ. АРГАМАК-ИС (см. раздел 2.10).
Характеристики преобразователя радиосигналов АРК-КНВ4
Диапазон принимаемых частот, ГГц:
при работе от внутренней антенны.........................3...18
при работе от входа внешней антенны....................1 ..18
Частота выходного сигнала, МГц...........................41,6
Относительная нестабильность гетеродина, не хуже.........2 • 10-7
Полоса пропускания по уровню —3 дБ, не менее, МГц........10
Чувствительность конвертера по полю при работе от внутренней
антенны в полосе пропускания 10 кГц. мкВ/м, не хуже......50
Коэффициент передачи при работе от внешней антенны, дБ...0
Погрешность коэффициента передачи при работе от внешней
антенны, дБ, не более.....................................6
Относительный уровень интермодуляционных помех 3-го порядка
при расстройке между сигналами 10 МГц для полосы пропуска-
ния 120 кГц приемника, дБ, не более......................64
Подавление побочных каналов приема при работе от внутренней
антенны, дБ, не более....................................45
Коэффициент шума (без учета коэффициента передачи антенной
цепи), дБ, не хуже.......................................14
Средний уровень собственных шумов в полосе пропускания
120 кГц, Вт, не более....................................4- 10“11
Динамический диапазон, дБ................................70
Неравномерность сквозной АЧХ, не более. дБ...............±6
Фазовый шум при расстройке на 10 кГц, дБ/Гц, не более....—80
Точка пересечения интермодуляции третьего порядка, дБм...—5
КС В по входу внешней антенны, при входном сопротивлении 50
Ом, не хуже...............................................2
КСВ по выходу, не хуже...................3
Питание, В...............................................12±3,0 или
27±3,0
Потребляемая мощность, не более, ВА......................19
Габаритные размеры (ширинах высотах глубина), не более, мм .. 250x220x90
Масса, не более, кг......................................2,0
Рабочий диапазон температур, °C..........................—10...+50
Относительная влажность окружающей среды, %, не более....80
Первая версия конвертора АРК-КНВ4 была разработана раньше,
чем ЦРПУ АРГАМАК, выходной сигнал промежуточной частоты имел два
значения 299,2 или 708,8 МГц. Унификация модуля АРК-ПС5 и его ис-
пользование в составе конвертора второй версии сделали возможным
иметь низкое значение ПЧ 41,6 МГц, а также уменьшить вес и габа-
ритные размеры конвертора.
Внешний вид первой версии конвертера АРК-КНВ4 показан на
рис. 2.32, конвертор после модернизации изображен на рис. 2.47, а
на рис. 2.48 показано размещение конвертера на мачте совместно с
рупорной измерительной антенной.
Структурная схема модернизированного конвертера АРК-КНВ4 при-
ведена на рис. 2.49. Конвертер по-прежнему содержит радиоприемный
блок (РПБ), к которому подключена фазированная антенная решетка и в
4--5729
98
Глава 2
Рис. 2.47. Внешний вид модернизиро-
ванного конвертера АРК-КНВ4
Рис. 2.48. Конвертер АРК-КНВ4 на
мачте с рупорной антенной
котором имеется дополнительный вход для внешней антенны. В блоке
РПБ сигнал преобразуется на первую промежуточную частоту, ограни-
чивается по полосе, передается в модуль АРК-ПС5, где он преобразу-
ется на промежуточную частоту 41,6 МГц.
Встроенная антенная система АРК-КНВ4 содержит 8 диапазонных
активных антенн, реализованных по схеме фазированной антенной ре-
шетки с линейной поляризацией сигнала. Сигнал с выхода антенной
системы, соответствующей частоте настройки коммутатора, с помощью
коммутатора «9 в 1» через групповой тракт поступает на смеситель. Де-
вятый вход коммутатора используется при переходе в режим работы от
внешней антенны. Коэффициент передачи сигнала от входа для внеш-
ней антенны до выхода ПЧ составляет 0 дБ. Таким образом, конвертер
АРК-КНВ4 совместно с измерительной антенной можно использовать
для измерения напряженности поля.
Модуль управления принимает команды от внешних устройств по
последовательной шине RS-485, передает данные в блок активных ан-
тенн, блоки синтезаторов и блок второй ПЧ.
Рис. 2.49. Структурная схема конвертера АРК-КНВ4
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
99
Выносной дистанционно управляемый конвертер радиосигналов
АРК-КНВ4 внесен Государственным стандартом Российской Федерации
в реестр средств измерений [10].
2.10. Панорамные измерительные
приемники семейства «Аргамак»
Для того чтобы можно было использовать РПУ в качестве измери-
тельного прибора, необходимо, чтобы оно удовлетворяло нескольким
требованиям, главными из которых являются высокая стабильность мет-
рологических характеристик в диапазоне рабочих условий, возможность
выполнения измерений с необходимой точностью, соответствие право-
вым аспектам государственного законодательства о единстве средств
измерений.
Конструктивные решения, положенные в основу ЦРПУ «Аргамак»,
унификация преобразователя радиосигналов АРК-ПС5 и модуля ЦОС
АРК-ЦО, современная технология производства и настройки обеспечи-
ли высокие технические параметры ЦРПУ по быстродействию, линей-
ности, чувствительности тракта и стабильности характеристик, что поз-
волило разработать на его основе семейство унифицированных пано-
рамных измерительных средств, в которое вошли панорамный измери-
тельный приемник «Аргамак-И», панорамный измерительный приемник
«Аргам а к-ИМ», панорамный измеритель напряженности поля «Аргамак-
ИС». К этому же семейству измерительных средств можно отнести вы-
носной конвертор АРК-КНВ4, поскольку он имеет в своем составе уни-
фицированный модуль преобразователя сигналов АРК ПС5.
Все измерительные приемники семейства «Аргамак» имеют госу-
дарственные сертификаты типа средства измерений [5, 6, 123]. Пара-
метры этих приборов совпадают с параметрами ЦРПУ «Аргамак».
В табл. 2.6 представлены некоторые технические параметры, связан-
ные с процессом измерений.
Панорамный измерительный приемник «Аргамак-И». Общая
структурная схема измерительного приемника «Аргамак-И» приведена
на рис. 2.50, она практически не отличается от структурной схемы ЦРПУ
«Аргамак», приведенной на рис. 2.42. В измерительном приемнике ис-
пользованы цифровые методы коррекции тракта приема, включая зна-
чения первой промежуточной частоты и коэффициент передачи тракта.
Приемник смонтирован в прочном корпусе в виде кейса (степень защи-
ты IP65), имеет внутреннюю аккумуляторную батарею, время непрерыв-
ной работы составляет не менее 6 ч. При работе от внешнего источни-
ка электропитания внутренняя аккумуляторная батарея автоматически
заряжается. Приемник имеет выход внутреннего опорного генерато-
ра, выход цифрового демодулятора, вход сигнала внешнего опорного
генератора, вход и выход промежуточной частоты 41,6 МГц. Для под-
ключения антенны используется радиочастотный разъем N-типа. Для
100
Глава 2
Таблица 2.6
Некоторые технические параметры измерительных приемников
семейства «Аргамак»
[ 1араметр «Аргамак-И» «Аргамак-ИМ» «Аргамак-И С»
Рабочий диапазон частот, МГц 25...3000 25...3000 25...3000
Предел допустимой относитель- ной погрешности измерения ±2 10~6 ±510-» ±5 10-9
частоты синусоидального сиг- нала при работе от внутреннего опорного генератора, не более Предел уровня допустимой по- ±1.5 ±1,5 ±1,5
грешности измерения синусо- идального сигнала с калибров- кой, дБ, не более Предел уровня допустимой по- ±3 ±3 ±3
грешности измерения синусои- дального сигнала, дБ, не более Полоса пропускания, МГц 2 2 2
Потребляемая мощность, Вт 30* 351* 35
Масса, кг, не более 5 5 10
Габаритные размеры, мм 270 х 240 х 130 300x300x200 800x260x180 236x141x266
* Мощность с учетом заряда внутренних аккумуляторов.
Рис. 2.50. Структурная схема
«Аргамак-И»
Рис. 2.51. Панорамный цифровой
измерительный приемник «Аргамак-И»
работы под управлением внешней ПЭВМ используется интерфейс USB
2 0. Внешний вид приемника изображен на рис. 2.51.
Панорамный измерительный приемник «Аргамак-ИМ». У пано-
рамного измерительного приемника «Аргамак-ИМ» почти все техниче-
ские характеристики совпадают с «Аргамак-И», но имеется несколько
существенных улучшений на два порядка повышена точность изме-
рения частоты, улучшена помехозащищенность канала управления вы-
носными устройствами.
В конструкцию приемника был добавлен дополнительный модуль
генератора опорной частоты, кварцевый резонатор которого помещен в
высокостабильный термостат, кроме того, с помощью встроенного про-
граммного обеспечения осуществляется подстройки частоты с целью
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
101
Рис. 2.52. Структурная схема
«Api амак-ИМ»
Рис. 2.53. Панорамный цифровой
измерительный приемник «Аргамак-
ИМ»
устранения эффектов старения. Кроме того, в приемнике использует-
ся унифицированный модуль управления, который позволил существен-
но увеличить расстояние между приемником и выносным удаленным
устройством, повысить помехозащищенность канала управления.
Структурная схема прибора показана на рис. 2 52 Как и «Аргамак-
И», измерительный приемник «Аргамак-ИМ» смонтирован в прочном
корпусе в виде кейса со степенью защиты IP65, может работать от
внешнего источника питания или от внутренней аккумуляторной бата
реи, при использовании которой время непрерывной работы составляет
не менее 4 ч. Внешний вид приемника показан на рис. 2.53.
Панорамный измеритель напряженности поля «Аргамак-ИС».
Серьезной проблемой для стационарных систем радиоконтроля высту-
пает необходимость использования длинного высокочастотного кабеля
снижения от измерительной антенны, размещенной на крыше здания
или на мачте, до входа приемника, находящегося внутри помещения.
Известно, что чем длиннее кабель снижения, тем хуже чувствитель-
ность измерительной системы за счет потерь и собственного шума ка-
беля, тем сильнее будет проявляться антенный эффект, тем хуже будет
точность измерения уровней, напряженности поля и плотности пото-
ка мощности сигналов.
Малошумящий предварительный усилитель, установленный на из-
мерительной антенне, на первый взгляд кажется хорошим решением
этой проблемы, но и его использование проблематично, поскольку во
избежание уменьшения динамического диапазона приемника требуется
согласование его коэффициента усиления с частотнозависимыми поте-
рями в кабеле снижения, кроме того, усилитель должен иметь очень
большой динамический диапазон, свободный от интермодуляций, по-
скольку измерительная антенна, как правило, широкополосная. Пред-
варительный усилитель должен иметь калибровочную таблицу зависи-
мости усиления от частоты для всего диапазона рабочих частот.
102
Глава 2
Рис. 2.54. Структурная схема «Аргамак-ИС»
Прямой путь решения данной проблемы состоит в максимальном
сокращении длины высокочастотного кабеля снижения, то есть прием-
ник следует размещать в непосредственной близости от измерительной
антенны (см. стр, 50). как это и сделано в панорамном измерителе на-
пряженности поля «Аргамак-ИС». Структурная схема прибора показана
рис. 2.54, внешний вид блоков — на рис. 2 55-2.56.
В приборе преобразователь радиосигналов АРК-ПС5 встроен непо-
средственно в антенный модуль (датчик поля), по кабелю снижения в
блок аналого-цифровой обработки сигнал передается на промежуточ-
ной частоте, при этом длина кабеля может достигать нескольких со-
тен метров, становится возможным применение недорогого коаксиала
малого диаметра, удобного для монтажа. Кроме того, такое решение
делает возможным калибровку кабеля снижения всего в одной точке,
равной промежуточной частоте.
Другими унифицированными модулями, использованными в изме-
рительном приемнике «Аргамак-ИС», являются модуль аналого-цифро-
вого преобразователя АРК-ЦО2, модуль управления, блок высокоста-
бильного термостатированного генератора опорной частоты.
Полезной особенностью панорамного измерителя поля является
наличие у выносного датчика трех дополнительных антенных входов,
коммутируемых программно, которые предназначены для подключения
дополнительных приемных или измерительных антенн.
Выносной датчик поля имеет влагозащищенную конструкцию. Диа-
пазон рабочих температур, при которых погрешность измерения напря-
женности поля встроенной антенной не превышает ±3 дБ, — от —20
до 55 °C. На рис. 2 57 показан пример размещения выносного датчика
поля на телескопической мачте стационарного поста радиоконтроля.
Все измерительные приемники семейства «Аргамак» имеют внеш-
нюю шину управления RS-485, что позволяет интегрировать приборы
в измерительную систему, используя минимальное количество соеди-
нений, а подключаемые устройства можно размещать на удалении до
нескольких сотен метров.
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
103
s
.0
х
X
с;
ф
I-
s
о.
ф
s
2
х
X
2
го
CL
О
Г
го
с
о
О
0-
>s
S
X
ф
£
с;
со
S
со
о
о.
н
о
2
го
а
го
с
>х
S
X
ф
о.
ф
2
со
S
X
о
х
Примечания В диапазоне (0,..110)+К дБмкВ/м в полосе пропускания 2 МГц В диапазоне 0...110 дБмкВ в полосе пропускания 2 МГц При уровне сигнала 20 дБмкВ и бо- лее в отсутствии мешающих сигналов То же Минимальный заданный уровень X дБ должен превышать уровень шу- мов на 10 дБ При уровне сигнала 20 дБмкВ и бо- лее в отсутствии мешающих сигналов То же 1 1 1 S к с 1 1 1
«Аргамак-ИС* ±3 дБ при измерении встроенным датчиком поля 4-2 Я лВ ПП fcfr>MMVTL4nVPMklM входам внешних антенн в рабочем диапазоне температур; ±1,5 дБ 2 ' ГО с- 3 5 □ о - 2 с х S 2 Ф С S с Н и 0 с □ псшпил ап । спп при i ii\j (температуре 15...35 °C) и в рабочем диапазоне температур с дополнительной калибровкой ±5 10-9 ±20 Гц 5 % 10 % 5 % s-01. % L % S
«Аргамак- ИМ» ii I с О' ч ±1,5 дБ с дополни- тельной п § 1 =1 1 is о *- ? о о ° о ° S • СМ Ю X ю 3 3 * s-01. % L % S
«Аргамак- И» ii I q со 4 ±1,5 дБ с дополни- . ~ s со V э О * о Г CL1S ° ± х ю о I ° о ° - S - LD “ LO 1> в см - | -н 5 % 1 % Ю-б
Измеряемый параметр радиоизлучения Напряженность электриче- ского поля радиосигнала Уровень радиосигнала частота радиосигнала при измерении немодулирован- ной несущей Частота радиосигнала при измерении широкополосной ЧМ 5 2 5 f 2 j s г 3 t 5 < Z : с 4 Н 1 3k; гчиоцициицисп i arvii модуляции при измерении в пределах 15...90 % (относи- тельная ошибка) Девиация частоты при изме- рении в пределах 1...120 кГц Разнос частот Скорость модуляции Частота поднесущей
104
Г лава 2
Рис. 2.55. Выносной датчик поля
«Аргамак ИС»
Рис. 2.56. Блок аналого-цифровой
обработки «Аргамак-ИС»
Рис. 2.57. Выносной датчик поля
«Аргамак-ИС» на мачте стационарной
станции радиоконтроля
Применение измерителоных приемников для измерения напряжен-
ности поля и параметров сигналов в составе станций мобильных и ста
ционарных станций радимониторинга будет рассмотрено в главах 6, 8
и 10.
Точности измерений, обеспечиваемые радиоконтрольным обору-
дованием «Аргамак-ИМ», «Аргамак-И», «Аргамак-ИС», приведены в
табл. 2.7. Как видно, точности измерений этих приборов удовлетво-
ряют нормативным требованиям, рассмотренным в разд. 6.1.
2.11. Заключительные замечания
В настоящей главе основное внимание уделено особенностям по-
строения и параметрам супергетеродинного приемника с одним или
несколькими преобразованиями частоты и цифровой обработкой сиг-
налов. Этот тип приемника является наиболее пригодным для задач
радиомониторинга в широком диапазоне частот от единиц до десятков
гигагерц и цифровой обработкой сигналов на промежуточной частоте.
Эффективность использования РПУ в системах радиомониторинга
определяется его основными параметрами: диапазоном рабочих ча-
стот, амплитудно-частотной характеристикой, коэффициентом стоячей
Радиоприемные устройства для задач радиомониторинга
105
волны для входа приемника, избирательностью по соседним и побоч-
ным каналам приема, чувствительностью приемника в заданной полосе,
линейностью, фазовыми шумами синтезатора частот, скоростью пере-
стройки, полосой пропускания, временем вычисления спектра, массой
и габаритными размерами, а также сложностью в эксплуатации.
Коэффициент шума является в настоящее время наиболее универ-
сальным параметром для определения чувствительности РПУ в задан-
ной полосе частот, точки пересечения по интермодуляции второго и
третьего порядков наиболее универсальны для определения линейности
приемника. При этом, зная коэффициент шума и точки пересечения по
интермодуляции, нетрудно определить динамический диапазон прием-
ника.
Приведено условное деление радиоприемных устройств на виды,
используемые в настоящее время в задачах радиомониторинга. Это
сканирующий радиоприемник, селективный микровольтметр, анализа •
тор спектра, панорамный радиоприемник и панорамный измерительный
радиоприемник. Показано, что для радиомониторинга наиболее приго-
ден цифровой панорамный измерительный радиоприемник.
Рассмотрена краткая история развития аппаратно-программных
систем радиомониторинга компании ИРКОС, приводятся структурные
схемы и обсуждаются особенности построения отечественных пано-
рамных ЦРПУ АРК ЦТ1, АРК-ЦТЗ, АРК-ПР5, конвертера АРК-КНВ4, па-
норамных измерительный приемников семейства «Аргамак», которые
широко используются в радиоконтрольных, измерительных и радиопе-
леш ационных системах.
Унификация модулей преобразования радиосигналов и цифровой
обработки дала возможность разработать семейство панорамных изме-
рительных приборов, в которое входят цифровые радиоприемные уст-
ройства «Аргамак-И», «Аргамак-ИМ», «Аргамак-ИС». Эти измеритель-
ные приборы имеют малый вес и габаритные размеры, низкое энер-
гопотребление, что в совокупности с высокими метрологическими ха-
рактеристиками сделало возможным их применение в качестве изме-
рительных средств в стационарных, мобильных и носимых вариантах.
Использование унифицированных модулей обработки сигналов, моду-
лей управление, генераторов опорной частоты повысило надежность и
облегчило серийное производство приборов. Технические характери-
стики панорамных измерительных приемников соответствуют требова-
ниям МСЭ и отечественных нормативных документов.
Глава 3
Одноканальное и
двухканальное обнаружение
радиосигналов
Сложность решения задач радиомониторинга применительно к сиг-
налам различных типов может существенно отличаться. Так, напри-
мер, обнаружение широкополосных сигналов в отсутствие априорной
информации представляет собой существенную проблему. Обработ-
ка узкополосных сигналов, характеризуемых, как правило, значитель-
ным отношением сигнал/шум, может успешно осуществляться на осно-
ве сравнительно простой модели наблюдаемых процессов, требующей
минимума априорных сведений
В данной главе рассмотрены алгоритмы цифровой обработки со-
вокупности узкополосных радиосигналов, наблюдаемых совместно на
фоне широкополосного аддитивного шума [148].
Примем следующие условия исследования радиообстановки:
• анализируемый случайный процесс содержит неизвестное число
узкополосных составляющих, порождаемых ИРИ;
• априорные сведения о несущей частоте, способе и параметрах мо-
дуляции наблюдаемых сигналов отсутствуют. Известно лишь, что
ширина спектра сигнала не превышает некоторого заранее уста-
новленного предела;
• сведения об интенсивности шума отсутствуют, однако в преде-
лах обрабатываемой полосы частот, ограничиваемой возможны-
ми значениями частоты дискретизации, мощность шума практи-
чески не меняется.
Далее в данной главе под задачей обнаружения сигналов будем
понимать определение числа одновременно наблюдаемых узкополос-
ных сигналов и их расположения на оси частот. Сформулируем эту
задачу следующим образом.
В полосе частот шириной AF на фоне аддитивного нормального
белого шума £(t) неизвестной интенсивности <т| действует неизвестное
число М узкополосных радиосигналов um(t), ширина спектра dfm кото-
рых ограничена и не может быть больше некоторой заданной величины
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
107
Рис. 3.1. Спектральная плотность мощности наблюдаемого процесса 7/BX(Z)
— ширины радиоканала. Наблюдаемый процесс имеет вид
м
«вх(о = £(о + У2 <3-1)
m= 1
где fm — центральная частота спектра сигнала um(t). Сигналы не пе-
рекрываются по частоте и могут равновероятно располагаться в лю-
бой части анализируемого диапазона. Форма их спектра неизвестна
(см., например, рис. 3.1).
Требуется по результатам наблюдения одной или нескольких выбо-
рок процесса (3.1) определить число М узкополосных сигналов, входя-
щих в состав itBX(f), оценить их ширину спектра и центральные частоты.
В качестве теоретической основы решения поставленной задачи
воспользуемся статистической теорией синтеза совместно оптималь-
ных алгоритмов [103] В терминах данной теории поставленную выше
задачу можно сформулировать как задачу оценки составного вектора
Л - (а'^М,ХмУ, где М — число сигналов, присутствующих в анали-
зируемой полосе частот, Хм — вектор совокупности неизвестных па-
раметров обнаруживаемых сигналов. Основой для определения век-
тора X служат отсчеты вектора х наблюдаемых координат случайно-
го входного процесса, рассчитываемого по регистрируемой реализа-
ции ?zBX(£). Вероятностные характеристики отсчетов х зависят от ис-
тинного значения А и определяются условной плотностью вероятности
1У(гг | А) = Wm(x ! гг|,М, A,u). Объектом поиска является такое пра-
вило обнаружения, при котором получаемая оценка А числа и парамет-
ров сигналов оказывается наилучшей из всех возможных по некоторому
заранее выбранному критерию.
Независимо от выбранного критерия оптимизации решение постав-
ленной задачи связано с исследованием поведения приведенных выше
условных плотностей распределения 17(х | А), называемых функциями
правдоподобия. При выборе в качестве наблюдаемых координат со-
вокупности временных отсчетов процесса иБХ(0 каждое входящее в х
108
Глава 3
значение зависит сложным образом от параметров всех разрешаемых
сигналов, и определение оптимальной оценки вектора А оказывается
весьма трудоемким. В частотной области, напротив, зависимость веро-
ятностных характеристик спектральных отсчетов от параметров разре-
шаемых сигналов оказывается локальной, а сами отсчеты можно при-
ближенно считать независимыми [108], что приводит к факторизации
функции правдоподобия и упрощает как процесс поиска оптимального
алгоритма, так и саму получаемую процедуру обработки. Вследствие
этого в качестве вектора наблюдаемых координат х будем использо-
вать спектральные отсчеты процесса utx(t).
3.1. Одноканальное обнаружение
сигналов
Общепринятой спектральной характеристикой сигналов, представ-
ленных выборками фиксированного объема, является дискретное пре-
образование Фурье (ДПФ)
1
с(п) = y-.AkT)e-iMk!N (3.2)
к—0
Однако совокупность комплексных отсчетов с(п) не является опти-
мальным вектором наблюдаемых координат х, так как входящий в со-
став ТУ(ж | Л) вектор параметров Ад,/ содержит неизвестные амплитуды
и фазы спектральных составляющих всех сигналов. При максимиза-
ции функции правдоподобия по этим параметрам (в отсутствие апри-
орных сведений о фазовом спектре обнаруживаемых сигналов) соотно-
шение реальной и мнимой части с(п) будет оказывать влияние лишь на
неинформативный для решаемой задачи вектор фаз спектральных со-
ставляющих. Результаты обнаружения набора сигналов зависят лишь
от вектора амплитуд составляющих наблюдаемого процесса, поэтому в
качестве вектора х можно принять совокупность отсчетов
1 R
Xr(ti) = — |cr(n)|2 (3.3)
r=i
энергетического спектра процесса unx(t).
Если спектр (3.3) получен по R выборкам наблюдаемого процес-
са иьх(кТ) объемом N отсчетов каждая, то сигнал um(t) представлен в
этом спектре
dnm = NTdfm (3.4)
спектральными отсчетами. Подмножество спектральных отсчетов, от-
вечающих неравенству nm < п С пт + dnm и характеризующих т-\л
сигнал, в дальнейшем условимся обозначать 0.т. Эти отсчеты пред-
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
109
шавляют собой фактически независимые случайные величины, подчи-
няющиеся нецентральному ^-распределению [72]
(it, <2, А, <7, (5)
где 0Fi (а, г) — обобщенная гипергеометрическая функция. Парамет-
ры этого распределения:
RNS^la
а = 0, А=7уЬ’ J = 2R' 6 = < (3-6>
RN 4ст£
< де ст| — мощность аддитивного шума; q = п — пт — порядковый номер
отсчета внутри спектра полезного сигнала; Smq — амплитуда составля-
ющей сигнала ?zm(i) на соответствующей частоте.
Шумовые отсчеты усредненного энергетического спектра (3.3)
представляют собой случайные величины, подчиняющиеся централь-
ному д;2-распределению:
1 / _ \7/2-1
(3'7)
с J = 2R степенями свободы и параметрами
Соответствующее подмножество отсчетов условимся обозначать 0тук.
С учетом выбранного вектора наблюдения х задачу обнаружения
радиосигналов можно сформулировать следующим образом.
Имеется усредненный энергетический спектр (3.3) случайного про-
цесса, состоящего из шума и, возможно, нескольких полезных узкопо-
лосных радиосигналов Учитывая взаимную независимость отсче-
тов этот спектр характеризуется функцией правдоподобия
W | А) = П ( П W'...w3(a:nm+, | 1 Жхг(ж„), (3.9)
7П=1 \<J=1 / пебшум
где И^-ДЖп) — центральное ^-распределение с параметрами (3.8), а
I Smq) — нецентральное д^2-распределение с параметрами
(3.6).
Требуется определить число М входящих в состав ?2BX(t) узкополос-
ных сигналов, а также оценить совокупность величин пт и dnm, опре-
деляющих частотные границы обнаруженных сигналов.
При решении поставленной задачи необходимо иметь в виду следу-
ющее.
110
Глава 3
• Задача отличается существенной априорной неопределенностью,
так как не только значения параметров разрешаемых сигналов, но
и их законы распределения априори неизвестны. Для преодоле-
ния подобной априорной неопределенности статистическая теория
синтеза оптимальных алгоритмов рекомендует адаптивный метод
[167], согласно которому вместо неизвестных величин следует ис-
пользовать их максимально правдоподобные оценки.
• Если имеется априорная информация относительно вероятностей
Рм появления конкретного числа М узкополосных компонент в со-
ставе процесса (3.1), то поиск сигналов можно осуществлять на
основе критерия максимальной апостериорной вероятности. Соот-
ветствующий алгоритм обработки должен максимизировать по век-
тору Л апостериорные вероятности появления усредненного энер-
гетического спектра х для совокупности гипотез Но, Hit..Нмтлх
о наличии в составе uBX(t) конкретного числа сигналов um(t). К со-
жалению, подобную максимизацию можно организовать лишь в ви-
де численной итерационной процедуры, а потому данный опти-
мальный алгоритм будет обладать чрезвычайно высокой вычисли-
тельной сложностью.
• Соответствующая случаю отсутствия вероятностей Рм оптималь-
ная процедура, основанная, например, на критерии максимального
правдоподобия, будет с вычислительных позиций лишь чуть про-
ще предыдущей, так как необходимость совместной максимизации
многомерной функции правдоподобия по совокупности параметров
сигналов при этом сохраняется.
• Наряду с характеризуемыми высокой сложностью оптимальными
подходами к задаче обнаружения совокупности сигналов можно
предложить ряд квазиоптимальных методов решения этой задачи,
основанных на понятии квазиполного разрешения [215]. В соот-
ветствии с этим методом процедура поиска сигналов характеризу-
ется приведенной вероятностью ложного обнаружения Рло1 и ве-
роятностью пропуска отдельного, произвольно выбранного сигнала
Рсс1. Оптимальным при этом (по аналогии с критерием Неймана-
Пирсона) оказывается алгоритм, обеспечивающий при фиксиро-
ванной вероятности ложного обнаружения Рло1 минимум вероят-
ности пропуска сигнала Pnci.
При практической реализации систем радиомониторинга фактор
быстродействия чрезвычайно важен. Пороговые процедуры обнаруже-
ния, рассматриваемые ниже, ценой некоторого снижения точности по-
лучаемых оценок позволяют существенно уменьшить вычислительную
сложность обработки. В связи с этим именно такие квазиоптимальные
алгоритмы оказываются наиболее востребованными на практике.
Упрощение, предлагаемое пороговой квазиоптимальной процеду-
рой, заключается в том, что глобальная максимизация функции правдо-
подобия (3.9) заменяется предварительным разделением всей совокуп-
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
111
ности отсчетов на «шумовое» 0шум и «сигнальные» 0т (т 1) подмно-
жества на основе различий между законами распределения шумовых
и сигнальных отсчетов спектра.
Пусть — гипотеза, утверждающая принадлежность отсчета
XR(n), принявшего значение хп, спектру некоторого сигнала um(t), ам-
плитуда которого на частоте n/NT составляет Smq, и пусть Но — ги-
потеза о принадлежности отсчета с значением хп участку оси частот,
где нет полезных сигналов. Тогда в соответствии приведенными вы-
ше статистическими характеристиками сигнальных и шумовых отсчетов
спектра отношение правдоподобия гипотез Нх и имеет вид
£(х„) = 1 = А-ДеЛг, . (3.10)
И\2(жп) \ А /
При любом 6 > 0 с увеличением хп отношение правдоподобия
монотонно возрастает, значит оптимальное правило разделения спек-
тральных отсчетов на подмножества 0шум и 0т состоит в сравнении
хп с некоторым порогом ггпор:
Но
^п ^пор • (3.1 1 )
Hi
Уровень порога однозначно определяет вероятности ошибок, за-
ключающихся в отнесении какого-то числа максимальных шумовых от-
счетов спектра к подмножеству 0т и в пропуске некоторых сигнальных
составляющих, попадающих таким образом в подмножество 0шум. По-
скольку решение о числе наблюдаемых полезных сигналов предпола-
гается принимать на основе выделяемых подмножеств сигнальных
спектральных составляющих, то выбор жпор оказывает определяющее
влияние на показатели алгоритма обнаружения в целом.
Пороговый алгоритм обнаружения узкополосных сигналов включа-
ет следующие этапы.
1. Выделяется совокупность сигнальных составляющих спектра на
основе правила (3.11).
2. Сигнальные спектральные отсчеты, расположенные в порядке
возрастания их номеров п, разбиваются на несколько поддиапазонов
Qj> 1 J J При этом сигнальный отсчет с наименьшим номером
Хц(пх) всегда относится к поддиапазону Q}, а принадлежность после-
дующих отсчетов определяется по итеративному группирующему прави-
лу
xft(nfc+,) е (
если XR(nk) G Qj и nfe+1 - пк dnpK;
если Хд(т^) С Qj и nk+i - пк > dnpK,
(3.12)
где dnpti = NTdfrK — максимально возможное число отсчетов, пред-
ставляющих спектр сигнала в одном радиоканале.
3. Для каждого поддиапазона Qj определяется минимальный nmin j
и максимальный nmaxJ- номера входящих в него отсчетов, а также число
112
Глава 3
полезных сигналов, входящих в каждый поддиапазон, по правилу
il/j — int[1 + (ziinaxji zZjjiin )/c/zzpK ], (3.13)
где int[ ] — функция взятия целой части числа
4. Для Mj сигналов, образующих поддиапазон Qj, определяется
наиболее вероятный вариант разделения совокупности отсчетов
.на подмножества 0т, и для каждого такого подмножества
корреляционным методом оцениваются центральная частота и ширина
спектра сигнала.
Пусть полосе частот одновременного анализа соответствует набор
отсчетов усредненного спектра с номерами nmin < п < пП1Лх. Из при-
веденного выше описания порогового алгоритма следует, что для воз-
никновения ситуации ложного обнаружения достаточно, чтобы хотя бы
один из шумовых спектральных отсчетов превысил уровень a’nopi. Ес-
ли число таких отсчетов спектра равно Nm, то вероятность ложного
обнаружения сигналов
Pnoi — 1 ^P{A^(?i) < asIK)pi,n G $шум} = 1 ^V2UI(•Z'nopi), (3.14)
А
где Fxz(x) — функция распределения шумовых отсчетов. Для обес-
печения приемлемого качества обнаружения необходимо обеспечить
низкую вероятность ложного обнаружения, по меньшей мере Рло1 <
< 0,01, а потому Рхз(.г|1ор1) « 1 и, следовательно, РЛ<А ж Д,,(1 —
— Ру2(жпор1 ) Конечно, до завершения анализа точное число шумо-
вых отсчетов Nw неизвестно, однако для гарантированного выполне-
ния требований к допустимой вероятности ложного обнаружения ра-
зумно принять Nw равным ширине области анализа, выраженной в от-
счетах Лграб = ?7.1Пах — п1П>„. Тогда допустимая вероятность превыше-
ния порога отдельным шумовым отсчетом усредненного спектра будет
определяться величиной
£ “ 1 Рд/2 (.TIIOpl) ~ Рцо1/^раб- (3.15)
В соответствии с [192] для центрального ^-распределения аргу-
мент х~£, для которого Р{д;2 Хе} = £> приближенно определяется соот-
ношением
/ 2 / 2 \3
, (3.16)
где J — число степеней свободы распределения; хе — процентная точка
гауссовского распределения, для расчета которой можно использовать
приближенное соотношение [192, с. 729]
Со + С] i + с?£2
(з-17)
где t = v/ln(1 /е2); Со = 2,515517; сл = 0,802853; с3 = 0,010328;
(1г = 1,432788; d2 = 0,189269: d3 = 0,001308.
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
113
Используя указанные приближения и формулу (3.8), получаем сле-
дующее правило расчета порога х-пор1, разделяющего спектральные от-
счеты на шумовое и сигнальные подмножества при одноканальной обра-
ботке:
^ПОр]
(3.18)
где х£ определяется (3.17), а вероятность е — соотношением (3.15).
Предложенный алгоритм разделения отсчетов спектра на шумовое
и сигнальные подмножества предполагает известной интенсивность шу-
ма сг|, на фоне которого наблюдаются узкополосные компоненты (см.,
в частности (3.18)). Однако согласно начальной постановке задачи эта
интенсивность является случайным параметром, причем неизвестной
оказывается не только сама величина но и закон ее распределе-
ния. Попытка использовать для определения оптимальную макси-
мально правдоподобную оценку уровня шума приводит к существенно-
му по вычислительной сложности алгоритму. В связи с этим проана-
лизируем следующий, обладающий меньшей трудоемкостью, подход к
оценке интенсивности шума
Согласно [72] для центрального х2_РаспРеДеления с J степеня-
ми свободы и параметрами (3 8) математическое ожидание опреде-
ляется соотношением
JX о*
Мх =— = (3 19)
Следовательно, если расположение узкополосных сигналов um(t) на оси
частот известно, а число Arul шумовых отсчетов спектра достаточно ве-
лико, то целесообразно, отбрасывая сигнальные составляющие, оце-
нивать уровень шума <т| посредством учета лишь шумовых компонент
спектра. Конечно, качество оценки <т| при этом падает, но если число
сигнальных компонент составляет небольшую долю всех спектральных
отсчетов, то снижение точности оказывается незначительным и исклю-
чается необходимость определять неизвестные амплитуды сигнальных
составляющих Smq. На практике, однако, подмножество шумовых от-
счетов 0шум, как правило, заранее не известно и может быть определе-
но лишь приближенно. Проанализируем два различных метода, позво-
ляющих выделять подмножество шумовых отсчетов с незначительными
вычислительными затратами.
1. Если проигнорировать наличие сигнальных составляющих и пер-
воначальную оценку интенсивности шума определить соотношением
°оц1,0 ЛГЛ/Хшум
(3.20)
114
Глава 3
Рис. 3.2. Выбор ширины окна для сглаживания по частоте
где nmin — отсчет, соответствующий левой границе полосы частот од-
новременного анализа; Np&6 — ширина этой области в отсчетах, то (при
М > 0) полученное значение, очевидно, окажется завышенным Вместе
с тем применительно к сигналам значительной интенсивности даже для
подобной неточной оценки будет справедливо приближенное равенство
> 2?пор1 (^оц],&)}
(3.21)
что позволяет отнести эти обсчеты к сигнальным.
Установление факта принадлежности части отсчетов энергетиче-
ского спектра к сигнальному подмножеству позволяет заменить грубую
оценку (3.20) более точной:
^оц! ,л
(3.22)
где TVtl!ril — число найденных по превышению порога сигнальных отсче-
тов; к — номер итерации. Как правило, уже после 2-3 подобных ите-
раций оценка (3.22) становится достаточно близкой к истинному зна-
чению мощности шума.
2. Иной подход к оценке уровня шума основан на том факте, что
на любом свободном от сигналов участке частот математическое ожи-
дание отсчетов энергетического спектра совпадает с величиной a^/N,
а на «сигнальных» участках — повышается. Если сгладить спектр по
частоте окном, ширина Пш которого не превышает максимального по
частоте промежутка 17тах между спектрами сигналов (рис. 3.2), то та-
кое сглаживание вызовет заметное искажение спектра лишь в окрест-
ностях центральных частот сигналов um(t), а на шумовых промежутках
лишь уменьшит в 17w- раз дисперсию спектральных отсчетов, не из-
меняя математическое ожидание.
При IIw > 20 эффект сглаживания проявляется уже достаточно су-
щественно, и как минимальные, так и максимальные среди «чисто шу-
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
115
мовых» отсчетов незначительно отличаются от a^/N. Принадлежащие
подмножеству $1цум минимальные отсчеты являются при этом одновре-
менно наименьшими среди всех отсчетов сглаженного спектра. В ре-
зультате для оценки интенсивности шума определять расположение в
диапазоне частот полезных сигналов не требуется.
Основная сложность, которая возникает при практическом приме-
нении предложенного подхода, заключается в том, что до завершения
процедуры обнаружения сигналов информация о величине наиболее
широкого промежутка 771Лах между спектрами полезных сигналов от-
сутствует. Если максимально возможное число Мо сигналов, которые
могут присутствовать в анализируемом диапазоне частот, известно, то
можно гарантировать, что между спектрами сигналов найдется по мень-
шей мере один промежуток, превышающий
/2ma.v — — -Л(/п
--------------------------"Г" 1 (3.23)
» iVlq I
Однако оценка (3.23) предполагает присутствие всех Мо сигналов
и размещение этих сигналов по частоте через строго одинаковые про-
межутки, что является маловероятным. В связи с этим максимальный
частотный промежуток между спектрами разрешаемых сигналов целе-
сообразно взять равным оценке II\v, удовлетворяющей соотношению
^Ятах(-^И< । ^о) = (3.24)
где <5^0 — вероятность отсутствия в анализируемом диапазоне частот
межспектрального промежутка, превосходящего Пю
Поскольку соотношение (3.24) ориентировано на максимально воз-
можное число Мо узкополосных сигналов, в реальности вероятность
возникновения ситуации /7тах < llw будет заметно меньше 6', т.е. прак-
тически нулевой. Итоговые кривые, позволяющие определить значе-
ние 771пах, приведены на рис. 3 3. Из представленных данных видно,
что повышение 8 до 10... 15 % по сравнению со случаем <5 = 0 (что
соответствует правилу (3.23)) позволяет увеличить ширину окна сгла-
живания llw в 2 .2,5 раза
Рис. 3.3. Рекомендуемая ширина окна
сглаживания JJW
116
Глава 3
Итак, второй метод оценивания интенсивности шума предполагает
расчет сглаженного энергетического спектра
n+[Z7iV/2]
XR(n)= — V <325)
/Ду ,
г=п-[(7/И/-1)/2]
где ширина окна сглаживания Пш определяется на основе (3.24), и ис-
пользование для определения интенсивности шума наименьшего из по-
лученных значений
aou.2=N (3.26)
Анализ показывает, что обе рассмотренные выше квазиправдопо-
добные оценки уровня шума, как получаемые на основе исключения
максимальных составляющих (оценки 1-го типа), так и определяемые
по минимуму сглаженного энергетического спектра случайного процес-
са (оценки 2-го типа), обладают систематической погрешностью, ве-
личина которой нарастает с увеличением числа одновременно наблю-
даемых сигналов. Вместе с тем характер этой погрешности различен:
оценки первого типа, как правило, оказываются завышенными, а вто-
рого — заниженными. Практика показывает, что наилучших результатов
можно добиться, объединяя два предыдущих подхода в единую про-
цедуру. Для этого интенсивность шума предварительно оценивают по
правилу (3.26), а затем уточняют на основе (3.22). При большом объ-
еме имеющихся спектральных данных и не слишком высокой загрузке
исследуемого диапазона частот узкополосными сигналами (менее 30 %)
точность оценки подобным алгоритмом практически не уступает строго
оптимальной процедуре оценивания.
Теперь, полагая ошибку при определении уровня шума пренебре-
жимо малой, оценить качество обнаружения сигналов одноканальным
алгоритмом, сформулированным выше, можно следующим образом.
Сигнальные составляющие усредненного энергетического спектра
подчиняются нецентральному ^-распределению [72]
е-5 у' 7(0,5п -ь к, хп)
к\ Г(0,5п + к)
(3.27)
где Г(я) — гамма-функция; х) — неполная гамма-функция, а прочие
обозначения и параметры были введены выше (см. (3.6)). Поскольку на-
личие сигнала регистрируется при превышении порога даже единствен-
ным отсчетом, то применительно к сигналу, характеризуемому набором
из dnm спектральных составляющих с амплитудами Smq, вероятность
пропуска определяется соотношением
[ -^нцх2^лор1
<7=1
Smq)-
(3.28)
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
117
Рис. 3.4. Качественные характеристики одноканального алгоритма
при малом (а) и большом (6) числе усреднений спектра R
Возрастание числа спектральных отсчетов, представляющих сиг-
нал, очевидно, влечет снижение вероятности его пропуска. В связи с
этим целесообразно проанализировать зависимость вероятности про-
пуска сигнала от параметров радиообстановки для наиболее сложного
случая, когда сигнал представлен единственным отсчетом спектра. Со-
ответствующие такому случаю кривые приведены на рис. 3.4.
Используя выборки наблюдаемого случайного процесса ггвх (£) зна-
чительного размера (N 1), можно обеспечить представление спектра
каждого сигнала достаточно большим числом спектральных отсчетов и в
соответствии с (3.28) обеспечить весьма высокое качество обнаружения
сигналов
3.2. Характеристики одноканального
обнаружения узкополосного радиосигнала
Применим полученные выше результаты к обнаружению конкрет-
ного радиосигнала малой длительности, положение которого на оси ча-
118
Глава 3
стот неизвестно. Для этого оценим зависимость вероятности P{to&R
X} обнаружения этого сигнала за определенный интервал времени
от свойств сигнала и характеристик системы АРМ
При панорамном спектральном анализе система АРМ циклически
просматривает L частотных полос шириной ДР, одной из которых при-
надлежит обнаруживаемый сигнал. Анализ системой АРМ отдельной
полосы обзора предполагает взятие и обработку В выборок подряд,
после чего приемник системы перестраивается на новую частоту. В ре-
зультате на обработку каждой из полос анализа уходит
Тэбр1 — Тлерестр (3.29)
где тпересТр — время перестроения приемника системы АРМ на новую
частоту; твы6 — время взятия (и обработки) отдельной выборки.
Как следствие, отдельный цикл анализа системы АРМ имеет протя-
женность
Тци к л — -^T>6pi j (3.30)
а производительность системы АРМ, МГц/с, в данном режиме опреде-
ляется величиной
LAF AF
д=~-------=---------—------. (3.31)
•^'обр! Ттерестр ' 'Т^'выб
Для обнаружения сигнала необходимо, во-первых, чтобы до ис-
течения времени Тс система АРМ хотя бы однократно успела настро-
иться на полосу частот, содержащую этот сигнал, и, во-вторых, чтобы
порожденный этим излучением спектральный всплеск оказался выше
порога обнаружения хотя бы в одном из циклов наблюдения (если их
было несколько). Малая длительность обнаруживаемого сигнала пред-
полагает, что максимально допустимая продолжительность процедуры
обнаружения Тс не должна превышать нескольких секунд. Вместе с
тем время взятия и обработки отдельной выборки определяется до-
лями миллисекунд, а совпадение времени перестройки средства АРМ
с моментом начала или прекращения сигнала маловероятно, поэтому
при настройке системы АРМ на соответствующую сигналу полосу ча-
стот можно считать, что сигнал будет наблюдаться в этом цикле ана-
лиза в течение всех В. выборок.
Введем обозначение
щ = int[Tf /тЦЙКЛ] (3.32)
для минимально возможного числа циклов анализа, которые система
АРМ успеет выполнить в течение времени Тс. Тогда реально наблюда-
емое число циклов К\. равно либо ае, либо as + 1, а вероятности соот-
ветствующих событий определяются выражениями:
Р{К\ = ао} = 1 - i/; (3.33)
Р{Ки = ае+ 1} = г/, (3.34)
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
119
|Де
Тс . Г Тс 1 Тс
и =------------mt ---------- =-------------ае
Тцикл /Т'ц.ИКЛ. Тцикл
(3.35)
дробная часть отношения интервала наблюдения и продолжительно-
сти цикла анализа системы АРМ.
Если за интервал времени Тс обнаруживаемый сигнал попадал в
полосу обзора системы АРМ 7<ц раз, то при использовании усред-
ненных по R выборкам спектральных оценок вероятность его пропус-
ка во всех этих циклах
Pnc(jR, /<ц) -
JJ Рпцх2(жпор | J = 2Р, 6 = h?n)
_71^71плч
(3.36)
где а;пор — определяемый по (3.18) порог обнаружения; , пкон —
диапазон номеров отсчетов спектра, соответствующих обнаруживаемо-
му сигналу; — отношение сигнал/шум по мощности на частотах этих
отсчетов.
Если же усреднение выборок не используется и сигналы обнаружи-
ваются по каждой из выборок в отдельности, то вероятность пропуска
сигнала во всех 7СЦ циклах
(3.37)
Таким образом, полная вероятность обнаружения может быть рас-
считана по правилу
Р{А>6н < Тс} -
41 -РИС(К,1)]
(1 -z/)[1 -Рпс(Р,ае)] + 41 -Рпс(Р,ао+ 1)]
при Тс
"Тцикл»
при Тс }> ТЦ1|КЛ,
(3.38)
где R — число выборок, накапливаемых системой АРМ без перестрое-
ния на новую полосу обзора; величины ае и у определяются из (3.22) и
(3.35), а для расчета Рпс( ) следует использовать (3.36) при использо-
вании усредненного или (3.37) для неусредненного спектра.
3.3. Одноканальное обнаружение
радиосигналов с ППРЧ
Рассмотрим применение полученных результатов к задаче обнару-
жения сигналов с ППРЧ, обладающих высокой энергетической скрытно-
стью и использующих для передачи сообщений большое число частот-
ных позиций, попеременно перестраиваясь между ними по случайному
закону [197]. Для сигналов с ППРЧ средняя на большом интервале
120
Глава 3
времени мощность, приходящаяся на каждую частотную позицию, ока-
зывается сопоставимой с естественным аддитивным шумом, что явля-
ется существенным препятствием для их обнаружения. Вместе с тем
мгновенная мощность, сопровождающая передачу информации на дан-
ной частоте, является достаточно большой, поэтому при совпадении
момента анализа радиообстановки с временным интервалом исполь-
зования частотной позиции факт радиоизлучения на данной частоте
может быть зарегистрирован.
При использовании современных высокопроизводительных систем
АРМ в режиме панорамного спектрального анализа всплески интенсив-
ности, соответствующие типовым радиосигналам с фиксированной ра-
бочей частотой, наблюдаются, как правило, на протяжении многих цик-
лов анализа. Всплески, порождаемые ППРЧ-сигналами, почти всегда
одиночные, так как вероятность повторного использования некоторой
частотной позиции строго через интервал времени длиною в один цикл
анализа системы АРМ очень мала.
Таким образом, характерными признаками использования в кон-
тролируемом системой АРМ частотном диапазоне сигналов с ППРЧ яв-
ляется наличие периодически наблюдаемых на каком-то подмножестве
частот отдельных всплесков активности, характеризуемых достаточно
большой амплитудой и приблизительно постоянной шириной спектра.
Конечно, одиночные спектральные всплески могут порождаться и шу-
мом, но при этом амплитуда всплеска, как правило, невелика, а шири-
на спектра флуктуирует случайным образом. В результате, если кри-
терием принадлежности некоторой частоты к совокупности частотных
позиций ППРЧ выбрать наблюдение на данной частоте по меньшей
мере двух одиночных всплесков с соответствующей сигналу с ППРЧ
шириной спектра, то вероятность ошибочной классификации оказы-
вается незначительной.
Вероятностные характеристики времени наблюдения частот-
ной позиции. Временная диаграмма совместной работы передатчика
ППРЧ-сигнала и системы АРМ показана на рис. 3.5. Эта диаграмма
предполагает, что система АРМ циклически просматривает L частот-
ных полос, в которых случайным образом расположены М частотных
позиций, используемых при формировании сигнала с ППРЧ. Как и рань-
ше, будем полагать, что при анализе системой АРМ отдельной полосы
обзора до перестроения на новую частоту накапливается и совместно
обрабатывается R выборок. Однако теперь интервал тизл1 непрерывно-
го использования ППРЧ сигналом отдельной частотной позиции весьма
мал (по порядку величин совпадает с временем взятия совокупности
выборок), поэтому время наблюдения £ системой АРМ отдельной ча-
стотной позиции оказывается случайным, а максимально возможное
значение £ составляет
^"тах = тт(ти,.п1;Ятвыб). (3.39)
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
121
Выберем из общего числа М частотных позиций, используемых
сигналом с ППРЧ, какую то произвольную m-ю по порядку и рассмотрим
один произвольный случай активности этой частотной позиции, анали-
зируя случайное время £ наблюдения системой АРМ данного выхода
в эфир. Так как и момент выхода в эфир радиосигнала, и момент
перехода к анализу нужной полосы частот — случайны, привяжем ось
времени к моменту начала контроля именно той (Z-й) полосы частот,
которая содержит т-ю частотную позицию (рис. 3.6), а выход в эфир
сигнала будем полагать равновероятным в пределах цикла анализа си-
стемы АРМ (3.30). При попадании момента активации m-й частотной
позиции в интервал от —тизл1 до Ятьыб период использования этой ча-
стотной позиции хотя бы частично совпадает с временем анализа Z-й
полосы спектра, и, следовательно, потенциально возможна регистра-
ция данного факта Если же активация позиции придется на прочую
часть цикла, то из-за неперекрытия интервалов излучения и контроля
наблюдение частоты принципиально невозможно. В результате плот-
ность вероятности £ приобретает вид
Wc(z) =
0 < z ттак. (3.40)
2
ИЗЛ1 ^^"выб|
Тизл 1
выб
$(z Т’тах
5(z) +
цикл
цикл
цикл
Область частичной или Область пропуска выхода в эфир
максимальной регистрации частотной позиции
z s t, с
Т**ол1 К* выб тццю1а тиал1
Момент начала анализа
Z-й полосы частот
Рис. 3.6. К расчету закона распределения времени наблюдения
активной позиции £
122
Глава 3
Если же интерес представляет число выборок ту, на протяжении
которых удается наблюдать выбранную позицию ППРЧ-сигнала, то сле-
дует руководствоваться соотношениями
где
-^Гвыб }
ЦИКЛ ?
ЦИКЛ )
^Твыб }
из л 1
ЦИКЛ J
(^изл! (-R 2Г1пах
max
Г max >
так 1
Г’гпах >
цикл * Г 7 max»
(3-41)
(3.42)
int[0,5 + тиэл1
7"изл1 -*Г^*выб>
7"изл1 < РТвыб»
(3.43)
О
г
о
Г
— максимальное возможное число выборок в интервале перекрытия.
Вероятность регистрации отдельной частотной позиции.
Пусть каждая из накопленных выборок обрабатывается независимо от
остальных, а решение о наличии на каких-то частотах сигналов принима-
ется, если порог обнаружения превышается хотя бы в одной из этих вы-
борок. Тогда для каждого конкретного числа выборок ту = г, на протяже-
нии которого при очередном выходе в эфир системой АРМ будет наблю-
даться некоторая m-я частотная позиция, условную вероятность успеш-
ной регистрации спектрального всплеска можно представить в виде
где ггпор — определяемый по (3.18) порог обнаружения сигнальных от-
счетов; пна,ч>7гкон — начальный и конечный отсчеты, входящие в про-
веряемый всплеск спектра; Дп — допустимая погрешность измерения
ширины спектра сигнала (в отсчетах); — соотношение сигнал/шум
по мощности на частоте тестируемого отсчета. Число степеней свобо-
ды нецентрального ^-распределения J = 2, параметр Л этого рас-
пределения равен o^jN.
Объединяя случаи, отличающиеся числом выборок наблюдения ту,
на основе формулы полной вероятности для безусловной вероятно-
сти регистрации ттг-й частотной позиции при ее очередном выходе в
эфир получаем выражение
maz
Pperl ~ ~
Г=1
(3.45)
где вероятности Р{ту = г} в зависимости от тизл1 рассчитывается либо
по формуле (3.41), либо согласно (3.42).
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
123
Альтернативным рассмотренному является случай, когда выборки,
накапливаемые за время наблюдения Z-й полосы частот, используют-
ся для расчета усредненного спектра. Из-за рассинхронизации мо-
ментов излучения и контроля входящая в сигнал ППРЧ /n-я частотная
позиция вместо интервала ЯтБы6 наблюдается лишь в течение случай-
ного времени £ 7?.твыб. В связи с этим порождаемый активностью
данной позиции спектральный всплеск будет иметь меньшую интенсив-
ность — конкретному значению £ = z времени наблюдения будет со-
ответствовать вероятность правильной регистрации соответствующего
спектрального всплеска
(3.46)
где в отличие от (3.44) параметры нецентрального ^-распределения
определяются соотношениями J = 2R, Л =
Учитывая непрерывный характер случайного времени наблюдения
полную вероятность регистрации m-й частотной позиции при ее оче-
редном выходе в эфир следует теперь рассчитывать из соотношения
perl
P(z)W^(z)dz.
(3.47)
Оценка числа регистрируемых частотных позиций. Если дли-
тельность передаваемого сообщения составляет Тс мс, то общее число
частотных позиций, которые будут, хаотично сменяя друг друга, появ-
ляться и исчезать в эфире,
(1 + 7)т-Изл1 ’
(3.48)
где 7 — коэффициент запаса на перестроение передатчика ППРЧ сигна-
ла (7 « 0,1).
Рассмотрим очередной а-й отрезок сообщения длительностью в
одну частотную позицию. Вероятность того, что на этом отрезке будет
использована и, более того, зарегистрирована конкретная m-я частот-
ная позиция,
Ра = РреГ1Ж (3.49)
где РРег1 — безусловная вероятность регистрации частотных позиций
при их очередном выходе в эфир, рассчитываемая в соответствии с
(3.45) или (3.47).
Можно показать, что случаи регистрации конкретной m-й частот-
ной позиции будут представлять собой пуассоновский поток событий.
124
Г лава 3
В соответствии с этим вероятность того, что за время передачи всего
сообщения конкретная m-я частотная позиция будет зарегистрирована
по меньшей мере дважды, выражается формулой
р2+ = 1-(1+Ара)е-Лр“. (3.50)
Эта вероятность относится в равной мере ко всем М используемым
ППРЧ сигналом частотным позициям, а их регистрация происходит от-
носительно независимо друг от друга. В результате общее число ча-
стотных позиций Мрег, которые удастся.зарегистрировать за время пе-
редачи текущего сообщения, будет представлять собой биномиальную
случайную величину, характеризуемую рядом распределения
Р{МГ„ = А} = С^р‘+(1 -р2+)м-к. (3.51)
Оптимизация параметров системы АРМ. Практическое приме-
нение полученных выше расчетных формул показывает, что для совре-
менных систем АРМ и сигналов с ППРЧ и с длительностями сообщений
порядка нескольких секунд наиболее вероятное число выявляемых ча-
стотных позиций оказывается небольшим. Вместе с тем существует ряд
параметров, выбираемых на этапе проектирования и/или использова-
ния систем АРМ, которые существенно влияют на успешность решения
данной задачи Улучшения результатов, в частности, можно добиться,
используя многоканальную аппаратуру АРМ или приемник с меньшим
временем перестройки на новую частоту, так как обычно время, затра-
чиваемое на завершение переходных процессов, оказывается сопоста-
вимым или даже превышающим время накопления (обработки) данных.
Вместе с тем есть и еще один важный параметр — это число выборок
R, обрабатываемых до перестройки на новую частогу. Типовая зави-
симость наиболее вероятного числа выявляемых частотных позиций от
этого параметра приведена на рис. 3.7.
Учтем следующие факторы:
1) при малом числе усредняемых выборок R значи гельная доля все-
го времени наблюдения тратится на перестройку с частоты на частоту,
так как интервал перестройки приемника тпереСтр многократно превыша-
ет время наблюдения и обработки спектральной выборки твь1б;
Рис. 3.7. Наиболее вероятное чис-
ло частотных позиций, выявляемых
для ППРЧ сигнала длиной 40 с при
Тперестр — 4 МС, TbbIg = 0,32 МС, L —
= 60, М = 32, тизл1 =3,125 мс, h2n =
= 3: 1 — для усредненного энергети-
ческого спектра; 2 — без усреднения
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
125
2) при увеличении числа усредняемых выборок до Л « 'т.^лх/'Гвыб
доля времени, непроизводительно затрачиваемого на перестройку
приемника, уменьшается, а вероятность регистрации спектрального
всплеска возрастает, что позволяет получить близкое к максимуму зна-
чение Мрег;
3) дальнейшее увеличение параметра R сопровождается, с одной
стороны, улучшением соотношения времени обработки данных к вре-
мени перестройки приемника по частоте, но, с другой стороны, энергия
кратковременно наблюдаемого фрагмента ППРЧ сигнала теперь «рас-
тягивается на всю длину совокупности усредняемых спектров», что вле-
чет уменьшение эффективного соотношения сигнал/шум. В результате
формируется протяженный участок значений Л, в пределах которого
Мрег почти не меняется;
4) наконец, при избыточно большом Л влияние снижения эффек-
тивного соотношения сигнал/шум, определяемое выражением (3.46),
«перевешивает» увеличение времени взятия выборок и эффективность
работы системы начинает существенно падать.
Проигрыш в числе выявляемых позиций, наблюдаемый при инди-
видуальной обработке выборок, вызывается малой вероятностью обна-
ружения слабых сигналов = 3) при использовании неусредненно-
го спектра. При значительном соотношении сигнал/шум ситуация ча-
стично меняется, и отказ от усреднения спектра при больших Л может
позволить обнаруживать больше частотных позиций, чем применение
усреднения. Причина подобного отклонения заключается в том, что
при большом отношении сигнал/шум вероятность успешной регистра-
ции спектрального всплеска даже по одной выборке оказывается от-
носительно большой, а независимый анализ выборок ликвидирует ха-
рактерный для усредненного спектра негативный эффект «уменьшения
эффективного значения сигнал/шум». Однако и в подобных случаях на-
чальный участок зависимости Л/регн.ь(Л) сохраняет вид, представлен-
ный на рис. 3.7, т.е. при малом числе выборок, применение усреднен-
ного спектра явно эффективнее.
С практической точки зрения завышение числа усредняемых вы-
борок невыгодно. Это влечет снижение скорости обновления инфор-
мации в контролируемом диапазоне частот, поэтому значительный ин-
терес представляет поиск такого числа выборок Р, накапливаемых до
перестройки на новую частоту, при котором одновременно с высокой
эффективностью выявления частотных позиций ППРЧ-сигнала удает
ся сохранить и высокой быстродействие. Оптимальным оказывается
число выборок А, гарантирующее близкое к максимуму значение ве-
роятности (3.51) применительно к большому диапазону исходных дан-
ных. Произведенный анализ показывает, что А в наибольшей степе-
ни определяется отношением сигнал/шум. Значительно превышающим
единицу значение А оказывается лишь при совместном выполнении
126
Глава 3
Рис. 3.8. Зависимость оптималь-
ного числа усредняемых выборок
от отношения сигнал/шум для
случаев, отличающихся от
Т”выб Ти 1Л1 Тперестр
Твыб ^”иэл1 ^"перестр" ЕСЛИ Ж6 ХО
тя бы одно из этих условий нарушает-
ся, то зависимость А от h2n приобре-
тает вид, представленный на рис. 3.8.
Итак, оптимальным для обнаружения
частотных позиций ППРЧ является ис-
пользование значений R = 3... 6.
Характеристики обнаружения.
Для задачи обнаружения ППРЧ-сигна-
лов существенным является определе-
ние критерия, по которому принимает-
ся решение «ППРЧ-сигнал обнаружен».
Так как о свойствах обнаруживаемого
сигнала известно лишь, что он много
раз в секунду меняет рабочую частоту, а иных априорных данных нет,
то в качестве подобного критерия условимся использовать регистрацию
в контролируемом диапазоне частот нескольких (не менее трех) крат-
ковременно используемых частотных позиций (ЧП). При этом, конечно,
остается открытым вопрос о том, принадлежат ли эти позиции одному
ИРИ или нескольким, возможно работающим независимо друг от дру-
га, однако сам факт использования метода программной перестройки
рабочей частоты для передачи информации считается установленным,
а наличие ППРЧ-сигнала — обнаруженным.
Для понимания приведенных ниже кривых полезно учесть следую-
щие факторы.
1. При прочих равных условиях на характеристики обнаружения
ППРЧ-сигналов панорамным спектроанализатором влияет не столько
конкретная ширина просматриваемого диапазона частот, сколько от-
ношение L этого диапазона к полосе одновременного обзора спектро-
анализатора. Исключением является ситуация, когда из-за расширения
полосы одновременного обзора число отсчетов спектра, представляю-
щего ППРЧ-сигнал, столь уменьшается, что это влечет резкое снижение
вероятности правильного обнаружения спектрального всплеска. Если
же разрешение спектра по частоте не меняется, то уменьшение чис-
ла L подлежащих анализу частотных полос однозначно соответствует
повышению вероятности обнаружения ППРЧ-сигнала.
2. При принятом выше критерии обнаружения ППРЧ-сигнала число
М задействованных частотных позиций влияет на характеристики об-
наружения достаточно слабо. Действительно, увеличение М означает,
что каждая позиция используется реже и выявить ее значительно слож-
нее. Таким образом, время, необходимое для выявления всех позиций
ППРЧ сигнала, с увеличением М растет в геометрической прогрессии.
Вместе с тем для обнаружения факта применения ППРЧ выявлять все
позиции не требуется, достаточно обнаружить по крайней мере три ис-
пользуемые ЧП, а обнаружить хоть какие-то три позиции из возрастаю-
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
127
щего числа М — все легче и легче. Изменение М в широких пределах
слабо сказывается на характеристиках обнаружения ППРЧ сигналов.
3. Общая длительность передачи сообщения и продолжительность
использования ППРЧ-сигналом отдельной частотной позиции тИ5>л1 (дан-
ный параметр не включает 10%-ный защитный интервал на перестройку)
безусловно сказываются на итоговой вероятности его обнаружения, но
влияние этих параметров однотипно для любой используемой аппарату-
ры и любых методов обнаружения, поэтому при проведении анализа для
величин Тс и тиэл1 можно использовать произвольно выбранные значе-
ния.
4. Выше было установлено, что оптимальным для обнаружения яв-
ляется использование значений R = 3... 6, поэтому при исследовании
характеристик обнаружения будет использоваться R = 4.
5. Все прочие параметры, такие, как время взятия отдельной вы-
борки твыб, время перестройки приемника с частоты на частоту гперестр
и число используемых параллельно каналов обнаружения, жестко свя-
заны с производительностью системы (см. (3.31)).
В соответствии с приведенными выше фактами эффективность ре-
шения задачи обнаружения ППРЧ сигнала определяется в первую оче-
редь интенсивностью обнаруживаемого сигнала и производительностью
д используемой системы АРМ, а также критерием соответствия обна-
руженного сигнала частотной позиции сигнала с ППРЧ. На рис. 3.9 и
3.10 приведены два набора характеристик обнаружения ППРЧ-сигнала
в диапазоне шириной 2 ГГц. Первый набор (рис. 3.9) ориентирован на
метод выявления ЧП, предполагающий выявление не менее двух крат-
ковременных спектральных всплесков на одной и той же частоте за
время Тс излучения ППРЧ-сигнала. На рис. 3.10 приведены характе-
ристики, которые отличаются тем, что за ЧП сигнала с ППРЧ принима-
ются даже однократно обнаруженные кратковременные спектральные
всплески с ожидаемой шириной спектра. На этих рисунках кривые 1
а) б)
Рис. 3.9. Характеристики обнаружения ППРЧ сигнала при определении
частотных позиций по не менее чем двум всплескам спектра и использовании
независимых выборок (а) и усредненного спектра (б)
128
Глава 3
Рис. 3.10. Характеристики обнаружения ППРЧ сигнала при определении
частотных позиций по первому всплеску спектра и использовании независимых
выборок (а) и усредненного спектра (б)
соответствуют Тс = 20 с, /г2 = 3; кривые 2 — Тс = 10 с, h2 = 6; кри-
вые 3 — Тс = 5 с, /г2 = 10.
Анализ полученных кривых показывает, что при проведении поис-
ка в широком диапазоне частот рассчитывать на обнаружение крат-
ковременных ППРЧ-ситналов можно только при использовании систем
АРМ с высокой и сверхвысокой производительностью. Для систем АРМ
с меньшей производительностью вероятность обнаружения кратковре-
менных ППРЧ-сигналов не превышает 30 % даже при оптимальном вы-
боре параметров обнаружения.
Рекомендовать в качестве критерия фиксации ЧП двух- и более
кратное появление спектрального всплеска на некоторой частоте мож-
но лишь при использовании систем АРМ со сверхвысокой производи-
тельностью; надежнее фиксировать частотные позиции по первому же
всплеску спектральной активности с последующей перепроверкой най-
денного набора частот.
Мощные сигналы наиболее эффективно обнаруживаются по неза-
висимо обрабатываемым спектральным выборкам, а сигналы меньшей
интенсивности — по усредненному спектру при числе усредняемых вы-
борок 3-6. Учитывая, что достигаемый за счет отказа от накопления
спектров выигрыш в вероятности обнаружения мощных сигналов незна-
чителен, а для слабых сигналов использование усреднения принципи-
ально важно, рекомендуется обнаруживать сигналы по усредненному
спектру, накапливаемому за 3-6 независимых выборок.
3.4. Двухканальное обнаружение
узкополосных радиосигналов
Из тех же рассуждений, которые были справедливы для однока-
нальной обработки, следует, что и при двухканальном обнаружении
выгодно использовать в качестве вектора наблюдения х совокупность
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов 129
спектральных характеристик наблюдаемого случайного процесса При
двухканальной обработке такими характеристиками будут служить мо-
дули среднего значения отсчетов взаимного энергетического спектра
7'=1
(3.52)
|де СсГ(7г) — спектр ?’-й выборки процесса мвх(£) в «сигнальном* канале;
г<>г(л) — спектр одновременно полученной выборки в «опорном» канале.
Спектральные отсчеты ссг(и) и сог(п) с номерами п, которым соот-
ветствуют шумовые участки, малы по модулю и хаотично меняются от
выборки к выборке по фазе, а потому отсчеты спектра (3.52) для та-
ких частот также будут малы по абсолютной величине. Напротив, для
«сигнальных» участков оси частот спектральные отсчеты ссг(п) и сог(п)
обладают большей интенсивностью и меняются согласованно (сохра-
няя разность фаз), а потому и величина |Хвзд(л.)| оказывается гораздо
значительней. Указанные отличия по аналогии с одноканальным слу-
чаем позволяют разделить всю совокупность отсчетов (3.52) на «шу-
мовое» $И1ум и «сигнальные» вт (т 1) подмножества, что служит
основой построения уже двухканальной квазиоптимальной процедуры
обнаружения сигналов.
Можно показать, что если этот взаимный спектр получен по боль-
шому числу выборок R процесса uRX(t), то его сигнальные спектральные
составляющие подчиняются обобщенному закону распределению Релея
[80]
W г с
* у общ Ре л
Х c-(x2 + c2)/(2^,„J
^Xmq'2
(3.53)
с параметрами
(3.54)
Шумовые отсчеты спектра распределены по закону Релея (Ц^Дт) с
параметром
а О / • •
nVzr
(3.55)
С учетом этих распределений функция правдоподобия для выборок
взаимного спектра приобретает вид
W(x | А) = п п Ж,бщ Рел (-^71т + <7 I ^mq Ч П ^Рел(^)- (3-56)
m=l \д=1 / п£0шум
Для получения (по аналогии с одноканальным случаем) новой ква-
зиоптимальной процедуры обнаружения остается лишь уточнить соот-
5—5729
130
Глава 3
ветствующее распределениям шумовых и сигнальных отсчетов |XB3^(n)|
правило расчета порога, разделяющего спектральные отсчеты на сиг-
нальные и шумовое подмножества.
Для вероятности ложного обнаружения сигналов можно записать
соотношение
Лог = 1 - Р{|Хвэн(п)| < хпор2,п G 0шум } = 1 - F^“(rcnop2). (3.57)
Следует, однако, отметить, что указанное в (3.56) релеевское рас-
пределение справедливо в предположении, что число усреднений спек-
тра R велико. При малом R порог необходимо увеличивать. В результа-
те для расчета порога, разделяющего отсчеты на шумовое и сигнальные
подмножества, можно рекомендовать следующее соотношение:
/ 4 I In £
^(^) = \/1 + л^^У-7Г’ (3'58>
где вероятность в по-прежнему определяется (3.15), а первый коэф-
фициент — поправочный, характеризующий отличие реального распре-
деления от релеевского.
Поскольку сигнальные составляющие взаимного энергетического
спектра подчиняются обобщенному закону распределения Релея с па-
раметрами (3.54), а наличие сигнала регистрируется по превышению
порога даже единственным отсчетом, то применительно к сигналу
характеризуемому набором из dnm спектральных составляющих, веро-
ятность пропуска определяется соотношением
dn„t
Pncl ~ Гобщ рел (-Т^порЗ | Smg). (3.59)
g=l
Рис. 3.11. Качественные характеристики двухканального алгоритма при
малом (а) и большом (б) числе усреднений спектра R
Одноканальное и двухканальное обнаружение радиосигналов
131
В наиболее сложном случае, когда обнаруживаемый сигнал пред-
ставлен единственным отсчетом спектра, соответствующие кривые об-
наружения представлены на рис. 3.11.
3.5. Сравнение одноканальной
и двухканальной обработки
Известно [72], что -распределение обладает следующими чис-
ловыми характеристиками:
ЛШ2} = а + (7 + Z) А; Р{х2}= (7 + 2<Аа2, (3.60)
|де А — параметр, характеризующий разброс значений случайной вели-
чины; J — число степеней свободы; А — параметр нецентральное™ рас-
пределения.
С учетом этого шумовые отсчеты энергетического спектра харак-
юризуются средним значением
77^1 {-А^Дшума(^')} ПРИ fl (Е ^шум, (3.61)
а сигнальные отсчеты — средним значением
^1{Х/?сигн(7г)} = Sjiq/4 + al/N при п G 0т. (3.62)
Применительно к обобщенному распределению Релея математиче-
ское ожидание определяется выражением [80]
М,{ХбшРел} = сг</| [6 + Д') Io (Д') + Д1. ( Д)] е-г/<4’3»,
у 2 [у 2ст2 J \4(т2 J 2о2 у^сг2 J
(3.63)
где /0(.т), Ii (ж) — модифицированные функции Бесселя нулевого и пер-
вого порядка. В результате среднее значение модуля шумового отсчета
усредненного взаимного энергетического спектра
{|Хвз/г(п)|} = (Тхох/тгТз при7г€0шум, (3.64)
где стхо определяется соотношением (3.55).
Для сигнального отсчета подобное среднее значение может быть
получено путем подстановки в (3.63) параметров crxmq и с, определя-
емых (3.54). На основе сопоставления превышения сигнальными ком-
понентами шумовых выигрыш двухканальной процедуры обработки по
отношению к одноканальной может быть представлен в виде
{|-А^вз/?еигн (^)|^^1 {-^CRiuyiu 00}
^^1 {|Хз 7?шум 00 771 у {-Х/?сиги (^0}
(3.65)
Результаты расчета показателя д/сред показаны на рис. 3.12. Из
представленных данных следует, что по мере увеличения интенсивности
сигналов и числа усреднений спектра достигаемый выигрыш возраста-
ет. Выигрыш в среднем значении отношения сигнал/шум, обеспечи-
132
Глава 3
Чред. дБ
R= 14 10
г S* 1 CD \ < \ 1
*
' Г 1 / /
2 ***** *-*** * * — — * 11
0 3 6 9 12 15 ft2
Рис. 3.12. Выигрыш в отношении сигнал/шум, обеспечиваемый двухканальной
процедурой обработки по отношению к одноканальной
ваемый двухканальной процедурой обработки, в зависимости от числа
усреднений составляет от 1 до 5 дБ. Для R > 30 он может достигать
10...12 дБ.
3.6. Заключительные замечания
В данной главе получены количественные соотношения для выбора
порога в ситуации, когда в ходе поиска (одноканального и двухканаль-
ного) одновременно осуществляется обнаружение совокупности узко-
полосных сигналов, т.е. определение их числа и основных параметров.
Показано, что выигрыш в среднем значении отношения сигнал/шум
при двухканальной обработке по сравнению с одноканальной в зависи-
мости от числа усреднений R составляет от 1 до 5 дБ.
Подтверждена возможность обнаружения панорамным цифровым
РПУ за ограниченный интервал времени моночастотных сигналов и сиг-
налов с динамической частотно-временной структурой.
При проведении поиска в широком диапазоне частот рассчитывать
на обнаружение кратковременных ППРЧ сигналов можно только при ис-
пользовании систем АРМ с высокой и сверхвысокой производительно-
стью.
Рекомендовать в качестве критерия обнаружения частотной пози-
ции двух и более кратное появление спектрального всплеска на неко-
торой частоте можно лишь при использовании систем АРМ со сверхвы-
сокой производительностью; надежнее фиксировать частотные позиции
по первому же выбросу спектральной активности с последующей пере-
проверкой найденного набора частот.
Мощные сигналы наиболее эффективно обнаруживаются по неза-
висимо обрабатываемым спектральным выборкам, а сигналы меньшей
интенсивности — по усредненному спектру при числе усредняемых вы-
борок от трех до шести.
Глава 4
Многоканальные цифровые
радиоприемные устройства
Иерархическая структура средств АРМ, их состав, функции, основ-
ные технические требования для решения задач радиомониторинга в
промышленных центрах и на открытой местности, для выявления тех-
нических каналов утечки информации в контролируемых зонах и на их
। раницах, а также для контроля эффективности мер по предотвращению
утечки информации обоснована в гл. 1. Решение этих задач в полном
объеме связано с определенными финансовыми сложностями Выход
из данной ситуации — использование многофункциональных средств,
обеспечивающих выполнение большинства задач АРМ с высокой эф-
фективностью при меньших затратах. В данной главе рассмотрено ре-
шение задач АРМ на основе использования одного средства — много-
канального (в минимальной конфигурации — двухканального) ЦРПУ.
Обнаружение радиосигналов с динамической частотно-временной
структурой является одной из дополнительных возможностей данно-
го комплекса. Высокая скорость панорамного анализа обеспечива-
ет возможность уверенного выявления данных сигналов. На рис. 4.1
представлены результаты панорамного анализа спектра с накоплени-
ем экстремальных значений через 1, 20 и 50 с после начала обнару-
жения при наблюдении реальной линии связи с ППРЧ. Использовался
режим спектрального анализа со скоростью 140 МГц/с. Анализ пред-
ставленных результатов показывает, что через 30...50 с после обна-
ружения сигнала с ППРЧ аппаратура позволяет определить большин-
ство частотных позиций.
Одним из важнейших параметров технических средств поиска и об-
наружения новых ИРИ, определяющих радиус зоны действия поста ра-
диомониторинга, является реальная чувствительность устройств пано-
рамного анализа.
Другие важные технические характеристики, а также функциональ-
ность комплекса радиомониторинга напрямую зависят от того, какое
радиоприемное устройство используется на посту радиомониторинга.
134
Глава 4
в)
Рис. 4.1. Спектральные диаграммы сигналов при обнаружении излучения
реальной линии связи с ППРЧ через 1 с (а), 20 с (б) и 50 с (в) после начала
работы
Многоканальные цифровые радиоприемные устройства
135
Долгое время отечественные производители были вынуждены идти по
пути использования импортных связных приемников, в изобилии пред-
ставленных на российском рынке, в комплекте с блоками цифровой об-
работки. Несомненное преимущество подобного подхода заключается
в его сравнительной дешевизне. Тем не менее подобный подход име-
ет ряд существенных недостатков, среди которых ограниченность по
функциональности, производительности, а также по ряду других тех-
нических характеристик. В конце концов связной приемник и не обя-
зан обеспечивать высокие показатели при использовании его для це-
лей спектрального анализа.
4.1. Многоканальные панорамные
радиоприемные устройства
Конструктивные и схемотехнические особенности рассмотренных в
гл. 2 цифровых радиоприемных устройств позволяют создавать на их
основе многоканальные системы радиомониторинга. До 2005 г. выпус-
кались двухканальные ЦРПУ третьего поколения АРК-ЦТ2 и четвертого
поколения АРК-ЦТЗ, на базе которых строились системы радиомонито-
ринга, радиопеленгования, системы дистанционного радиомониторинга
для поиска технических каналов утечки информации. Однако построе-
ние портативных ЦРПУ с числом каналов большем двух на базе при-
емников третьего и четвертого поколения было весьма затруднитель-
ным ввиду их сравнительно больших габаритных размеров, отсутствия
встроенных программных и аппаратных функций, обеспечивающих про-
стоту формирования когерентных каналов приема.
Свойства аппаратуры пятого поколения семейства «Аргамак», мо-
дулей преобразования радиосигналов АРК-ПС5 и цифровой обработки
АРК-ЦО, которые обсуждались в гл. 2, позволяют конструировать на их
основе портативные и носимые системы различного назначения, вклю-
чая многоканальные системы радиомониторинга.
Рассмотрим особенности двухканального комплекса АРК-Д11 и
восьмиканального комплекса АРК-РД8, которые предназначены для
многофункциональных комплексов радиомониторинга и выявления ка-
налов утечки информации, систем многоканального радиоконтроля и
моноимпульсного радиопеленгования.
Двухканальный комплекс АРК-Д11 (рис. 4.2) предназначен для
решения задач радиомониторинга и выявления каналов утечки инфор-
мации. По своим функциям он схож с комплексом АРК-Д7К [86, 142,
143], однако имеет лучшие технические характеристики: в полтора ра-
за большую производительность при меньших массе и энергопотреб-
лении. Комплекс АРК-Д11 обеспечивает:
• двухканальный или одноканальный поиск и выявление технических
каналов утечки информации, накопление и ведение базы данных
по источникам и обработка результатов;
136
Глава 4
• корреляционный прием шумоподобных сигналов;
• запись радиосигналов в векторной форме на жесткий диск ПЭВМ;
• технический анализ и измерение параметров радиосигналов;
Рис. 4.2. Центральный блок
АРК-Д11
• контроль проводных сетей.
В комплекте с дополнительной
пеленгационной антенной системой
аппаратура АРК Д11 может быть ис-
пользована также для решения задач
пеленгования, а в комплекте с антен-
ными коммутаторами и выносными
модулями — для дистанционного ра-
диомониторинга удаленных помеще-
ний (см. гл. 11). Аппаратура способ-
на определить внутри помещения ме-
стоположение радиомикрофонов с
AM, узкополосной и широкополосной
ЧМ, статическим техническим закры-
тием (без изменения параметров за-
крытия во времени).
Основные характеристики комп-
лекса АРК-Д11 определяются характеристиками
ЦРПУ «Аргамак», ко-
торые приведены в гл. 2. Дру(ие характеристики комплекса приведены
ниже.
Чувствительность приемника в режимах AM и ЧМ, мкВ, не хуже...0,5
Панорамный анализ и быстрый поиск сигналов:
скорость панорамного спектрального анализа, МГц/с, при дискрет-
ности Б11Ф 6 кГц............................................3200
Выявление технических каналов утечки информации (25...3000 МГц):
переходное,затухание антенных коммутаторов между каналами, дБ,
не менее....................................................40
интегральная чувствительность системы (мощность передатчика в
помещении площадью 8x8 м, обнаруживаемого с вероятностью 0,99),
мкВт........................................................ 100
Аппаратура способна определить внутри помещения местоположение
радиомикрофонов с AM, узкополосной и широкополосной ЧМ, статиче-
ским техническим закрытием (без изменения параметров закрытия во
времени)
Контроль проводных сетей (в диапазоне 0,05 кГц...30 МГц) с уровенем
обнаруживаемых сигналов, мкВ, не более:
в диапазоне 0,05 кГц... 10 кГц......................... 1000
в диапазоне 10 кГц.. .1 МГц............................. 100
в диапазоне 1 МГц...30 МГц...............................10
Входное сопротивление выносного датчика проводных сетей, кОм, не
менее...................................................1000
Напряжение проводных сетей, В, не более..................400
Многоканальные цифровые радиоприемные устройства 137
Запись радиосигналов, технический анализ и измерение
параметров в полосе обрабатываемых частот, кГц, с раз
решающей способностью, Гц .......................5000/15000, 250/500,
120/240, 50/100,
25/50, 9/20, 6/12
Двухканальный радиоконтроль, запись демодулированных
передач в полосе частот демодуляторов, кГ ц......250, 120, 0,05, 0,025,
0,009, 6, 3
Дискретность настройки на радиосигнал, Гц .......1
Виды демодуляции ................................AM, ЧМ, ОБПв, ОБПн,
телеграфные переда-
чи
Интервал рабочих температур, °C..................-20...+50
Напряжение писания, В:
от сети переменного тока.......................90...250
от автомобильной бортовой сети.................10,6...13,6
от автономного аккумулятора....................9... 16
Потребляемая мощность (без ПЭВМ), ВА, не более...20
Габаритные размеры (длинахширинах высота), мм....486x398x194
Масса базового комплекта, кг ....................11
Многоканальный комплекс АРК-РД8М. Для повышения произво-
дительности аппаратуры радиомониторинга в широком диапазоне ча-
стот могут быть использованы два основных подхода. Первый из них
заключается в расширении полосы одновременно обрабатываемых ча-
стот до значений 30... 100 МГц при соответствующем увеличении раз-
рядности АЦП и увеличении мощности процессора обработки Такой
подход, безусловно, оправдан при низкой загруженности радиодиапа-
зона или при обработке широкополосных сигналов от одного источника
В случае использования технических средств радиомониторинга в
городских условиях, когда работает большое число источников радио-
излучения, наличие в полосе одновременного анализа хотя бы одного
мощного ИРИ приводит к перегрузке радиоприемного устройства. По-
этому в данных условиях оправдан другой подход, суть которого заклю-
чается в использовании нескольких радиоприемных трактов, каждый их
которых имеет сравнительно небольшую полосу частот от 2 до 10 МГц.
Частота настройки каждого радиоприемного тракта смещена относи-
тельно соседних трактов на полосу пропускания
Рассмотрим построение многоканального панорамного радиопри-
емного устройства АРК-РД8М, который в своем составе может иметь
до восьми управляемых от одной ПЭВМ независимых преобразовате-
лей радиосигнала АРК-ПС5 и соответственно до четырех двухканаль-
ных модулей цифровой обработки АРК-ЦО с полосами одновременного
анализа 2, 5 или 10 МГц в каждом канале. Кроме того, для реализации
максимальной скорости панорамного анализа в состав АРК-РД8М вклю-
чены высокопроизводительные двухканальные специализированные вы
числители АРК-С5, снижающие время вычисления спектра до 100 мкс.
Функциональная схема изделия АРК-РД8М с четырьмя физически-
ми каналами частотной селекции, от 25 до 3000 МГц каждый, пред-
138
Глава 4
Рис. 4.3. Функциональная схема АРК-РД8М
ставлена на рис. 4 3 Центральный блок АРК-РД8 состоит из антенного
разветвителя, платы управления и звука, четырех плат преобразователя
сигналов АРК-ПС5, двух плат двухканального блока аналого-цифровой
обработки АРК-ЦО2, двух плат двухканальных специализированных вы-
числителей АРК-С5, блока питания, вентилятора. Активная акустическая
система и блок питания комплекса от сети переменного тока 90...240 В
находятся в отдельных корпусах.
Плата управления и звука может осуществлять запись звука по 8
каналам одновременно и управлять РПУ.
Специализированный вычислитель АРК-С5 предназначен для циф-
рового спектрального анализа сигналов, его применение обеспечивает
почти двукратное повышение быстродействия системы.
Технические характеристики канала приема определяются ЦРПУ
«Аргамак» (см. гл. 2). Дополнительные характеристики многоканаль-
ного приемника приведены в табл. 4.1.
Управление приемником осуществляется с помощью внешней
ПЭВМ. Для работы с приемником предусмотрено использование сле-
дующего пакета специального математического обеспечения:
СМО-ПА — программное обеспечение панорамного анализа;
СМО-РД4 — программмное обеспечение многоканального радио-
контроля;
СМО СТА — программное обеспечение технического анализа.
Приемник обеспечивает выполнение следующих функций:
• панорамный спектральный анализ радиосигналов при совместной
работе всех каналов от одной антенны;
• панорамный спектральный анализ радиосигналов по каждому кана-
лу с отдельным независимым заданием для каждого канала;
Многоканальные цифровые радиоприемные устройства
139
Таблица 4.1
Дополнительные характеристики многоканального приемника АРК-РД8М
Параметр АРК-ЦО2 АРК-ЦО5 АРК-ЦОЮ
Панорамный анализ, быстрый поиск сигналов
Полоса одновременного спек- 2 5 10
трального анализа в каждом ка- нале, МГц Суммарная полоса одновремен- 8...16 20...40 40...80
ного спектрального анализа при 4-8 каналах, МГц Скорость в рабочем диапа- зоне при 4-8 каналах, ГГц/с / дискретность, кГц Напряжение питания: В 4,5...6/3 16...32/6 32...64/12
от сети переменного тока 90...250
от автомобильной бортовой 10,6...13,6
сети
от аккумулятора 12
Оперативный радиоконтроль, запись демодулированных передач
Число одновременно контроли- 4-8
руемых каналов Число частот в задании на об- 255
зор Число диапазонов в задании на 255
поиск
Дискретность настройки на ра- диосигнал, Гц 1
Виды демодуляции AM, ЧМ, ОБПв, ОБПн, телеграфные передачи
Запись радиосигналов, технический анализ
Полоса обрабатываемых ча- 2000/15000, 5000/15000, 10000/30000,
стот, кГц/ разрешающая спо- 250/500, 250/500, 250/500,
собность, Гц 120/240, 120/240, 20/240,
50/100, 25/50, 50/100, 25/50, 50/100, 25/50,
9/20, 6/12 9/20, 6/12 9/20, 6/12
• накопление панорамы спектров в заданном диапазоне частот,
сохранение панорамы загрузки диапазона для последующего
анализа;
• статистический анализ результатов панорамного анализа;
• попарно-когерентная многоканальная обработка сигнала для ис-
пользования в различных приложениях;
• поиск активных радиоканалов в диапазоне частот или по списку
частот, автоматическая постановка найденных источников радио-
излучения на регистрацию;
• запись радиосигналов на ПЧ в векторной форме на жесткий диск
ПЭВМ;
• технический анализ, определение вида модуляции и измерение па-
раметров радиосигналов;
• запись демодулированных передач на жесткий диск ПЭВМ;
140
Глава 4
• воспроизведение записанных на жесткий диск ПЭВМ демодулиро-
ванных сигналов;
• отложенная демодуляция заданного частотного канала по записан-
ному на жесткий диск радиосигнала на ПЧ;
• прослушивание демодулированных сигналов в реальном времени;
• формирование отчетов с результатами радиоконтроля и анализа
сигналов.
Следует отметить, что при работе в режиме панорамного спек-
трального анализа с подключением всех каналов к одной антенне мож-
но достичь суммарной производительности в 64 ГГц/c при дискретности
12,5 кГц.
4.2. Пакет специального
математического обеспечения
СМО-РД4
Специальное математическое обеспечение СМО РД4 при работе с
многоканальным комплексом обеспечивает следующие функции:
• одновременную работу с 8 приемниками с возможностью прослу-
шивания одного приемника по выбору оператора;
• коррекцию настройки приемника в процессе прослушивания или
записи;
• ручную постановку частот на прослушивание и запись;
• автоматическую настройку на ИРИ по списку частот и постановку
на запись при обнаружении;
• автоматический поиск ИРИ по списку диапазонов с указанием шага
перестройки РПУ внутри диапазона;
• автоматическое сохранение найденных в процессе поиска ИРИ в
базе данных, постановку их на запись;
• оперативную коррекцию задания в процессе сканирования;
• отображение на панораме всех контролируемых радиосигналов в
течение текущего сеанса работы, сохранение ее на жестком дис-
ке и загрузку из файла;
• отображение в реальном времени состояния всех приемников и
активных заданий;
• регистрацию демодулированных передач на жестком диске ком-
пьютера в стандартном WAV-формате, экспорт их на внешние носи-
тели;
• воспроизведение аудиозаписей на микротелефоны через звуковую
карту компьютера, автономную работу без аппаратуры в процес-
се воспроизведения;
• поддержку стенографирования аудиозаписей с сохранением тек-
ста в базе данных;
• формирование отчетов с результатами радиоконтроля и экспорт
их на внешние носители;
Многоканальные цифровые радиоприемные устройства
141
Рис. 4.4. Главное окно программы СМО-РД4
• накопление ИРИ в базе данных с возможностью их классифика-
ции по разделам и типам;
• работу в составе распределенного комплекса с возможностью при-
ема команд по сети;
Окно программы СМО-РД4 (рис. 4.4) содержит (сверху вниз):
• главное меню;
• панель инструментов, включающая кнопки управления, а также вы-
падающие меню выбора режима, заданий на поиск и обзор;
• панель состояния и панель управления приемниками (слева — па-
нель состояния, справа — панель управления);
• многостраничный блокнот с закладками панорамы, таблицы поис-
кового задания, таблицы задания на обзор и таблицы аудиозаписей
с воспроизведением;
• общую панель состояния.
Режимы работы программы. Программа имеет четыре основ-
ных независимых режима работы:
1) ручной режим постановки ИРИ на прослушивание/запись;
2) автоматический режим работы по сформированному заданию;
3) режим воспроизведения накопленных аудиозаписей;
4) режим панорамного спектрального анализа.
Ручной режим предназначен для ручной постановки ИРИ на про-
слушивание или запись. Частота может быть введена вручную или вы-
142
Глава 4
Таблица 4.2
Автоматические режимы работы программы
Пиктограмма Назначение Функции
© Поиск по списку 11ОИСК по диапазонам Обнару- жение Комби Поиск по списку частот, при обнаружении источ- ника он ставится на запись Поиск по диапазонам с указанным шагом, при обнаружении источника он ставится на запись Поиск по диапазонам с указанным шагом, при обнаружении источника его частота заносится в таблицу задания на обзор Часть приемников работает в режиме «Обнару- жение», т.е ищет по диапазонам и сохраняет найденные частоты в таблицу задания на об- зор. Другая часть приемников работает в режи- ме «Поиск по списку» по заданию, динамически формируемому первыми приемниками
брана из любой таблицы программы или с панорамы. В ручном режиме
может быть включен любой приемник независимо от того, работает ли
он в автоматическом режиме или нет.
Особенности автоматических режимов работы проиллюстриро-
ваны в табл 4.2.
При пуске автоматического режима задание распределяется между
всеми активными приемниками. Можно часть приемников исключить из
автоматического режима, зарезервировав для ручных операций.
Режим воспроизведения предназначен для воспроизведения запи-
санной на жесткий диск компьютера звуковой информации через зву-
ковую карту компьютера. Режим не зависит от режимов работы при-
емников и подключения аппаратуры.
Режим обеспечивает такие возможности, как:
• расширенные функции позиционирования внутри аудиозаписи;
• отображение графика оценки наличия голоса или шума в аудио-
сигнале, позволяющие оператору найти информативные участки в
длинных аудиозаписях;
• зацикливание определенных фрагментов аудиозаписи;
• фильтрация и сортировка аудиозаписей по различным критериям;
• последовательное воспроизведение всех аудиозаписей в таблице;
• поддержку стенографирования аудиозаписей с сохранением тек-
ста в базе данных;
• формирование отчетов с результатами радиоконтроля и экспорт
их на внешние носители.
Режим панорамного спектрального анализа. В аппаратуре АРК-
РД8 первый приемник используется для получения спектра и панорам-
ного анализа. В связи с этим он не работает в режимах, связанных
Многоканальные цифровые радиоприемные устройства
143
с пошаговой перестройкой частоты внутри диапазона. Он может ис-
пользоваться только в режимах «Ручной» и «Поиск по списку», а также
в специальных режимах «Спектр» и «Панорама».
4.3. Заключительные замечания
В главе показано, что в условиях высокой загруженности радио-
частотного диапазона, когда работает большое число ИРИ, оправдано
применение многоканальных панорамных ЦРПУ, состоящих из несколь-
ких устройств частотной селекции — до восьми модулей преобразо-
вателей сигнала АРК-ПС5 и до четырех модулей цифровой обработки
АРК-ЦО2, АРК-ЦО5 или АРК-Ц010 с полосами одновременного анализа
2, 5 или 10 МГц в каждом канале
Кроме того, для реализации максимальной скорости панорамного
анализа до 64 ГГц/c при дискретности спектра 12,5 кГц в состав данных
средств могут быть включены высокопроизводительные двухканальные
специализированные вычислители АРК-С5.
Управление многоканальным ЦРПУ может осуществляться програм-
мным обеспечением СМО-ПА для панорамного спектрального анализа,
СМО-РД4 для многоканального радиоконтроля и СМО-СТА для техни-
ческого анализа сигналов.
На примере многоканальных комплексов АРМ проиллюстрирова-
но решение задач оперативного многоканального радиоконтроля под
управлением программного обеспечения СМО-РД4.
Глава 5
Виды модуляции и сигналов
в современных РЭС
Современный радиоэфир насыщен самыми разнообразными излу-
чениями: о г ручного телеграфа до сложных меняющихся во времени
радиосигналов с цифровой модуляцией и кодированием. В последние
годы наблюдается резкий рост числа радиоканалов как вещательных
служб, так и систем служебной, персональной и любительской связи.
Качественно меняется организация информационных потоков, успехи
микроэлектроники способствуют дальнейшему переходу к цифровым
методам, быстрыми темпами идет освоение все более высокочастот-
ных диапазонов. Сегодня коммуникационные технологии предоставля-
ют возможность глобального обмена любыми данными.
В данной главе рассмотрены основные способы модуляции при
передаче информации по радиоканалу. Даются предварительные све-
дения по теории модуляции, необходимые для проведения измерений
основных параметров радиосигналов и их технического анализа. Для
дальнейшего ознакомления с системами связи приведены ссылки на
соответствующую техническую литературу.
5.1. Административное деление
спектра частот
Интенсивность использования радиочастотного спектра (РЧС) по-
стоянно возрастает и сопровождается острой необходимостью устра-
нения взаимных помех между работающими радиосредствами. Поэто-
му в международном масштабе постоянно разрабатываются процеду-
ры координации работы всех систем связи, отличающихся принципа-
ми построения и техническими решениями, формируются международ-
ные стандарты на параметры радиооборудования различного назна-
чения. Очень важны при этом выработка рекомендаций по унифици-
рованным методам радиоконтроля за работой действующих радиоси-
стем, совершенствование методов частотного планирования сетей ра-
диосвязи и вещания, распределение спектра при расширении исполь-
зуемого спектра частот.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
145
Для объединения интеллектуальных и технических ресурсов раз-
ных стран создан ряд международных технических организаций, зани-
мающихся вопросами стандартизации радиосистем различного назна-
чения. Помимо Международного союза электросвязи (МСЭ, International
Telecommunication Union — ITU), важную роль в разработке стандартов
на системы радиосвязи и вещания играет Европейский институт теле-
коммуникационных стандартов (ETSI). Им разработан ряд стандартов
на цифровые системы подвижной и фиксированной связи и вещания,
по которым крупнейшими фирмами выпускается оборудование, нахо-
дящее широкое применение во всем мире. Важные решения по орга-
низации связи принимаются на конференциях, проводимых под эгидой
Конференции европейских админис!раций почт и связи (СЕРТ), Между-
народной конференции администраций по радиочастотам (WARC), Все-
мирной конференции по стандартизации электросвязи (WTSC). Кроме
того, существуют корпоративные стандарты для отдельных систем свя-
зи (например, стандарты организации Intelsat для спутниковой связи).
Регламент радиосвязи Российской Федерации [137], разработан-
ный с учетом международных норм, содержит основные особенности
распределения полос частот между радиослужбами и основные право-
вые аспекты использования радиоспектра на ее территории средствами
гражданского и военного назначения. Он включает:
• таблицу распределения полос частот между радиослужбами РФ в
диапазоне частот 3 кГц...400 ГГц;
• частотные планы для основных радиослужб;
• основные законодательные правовые акты, регламентирующие по-
рядок выделения и присвоения (назначения) частот, контроля за
их использованием в РФ, порядок изготовления, приобретения,
ввоза в РФ и использование на ее территории радиоэлектрон-
ных средств (РЭС), порядок лицензирования видов деятельности в
области радиосвязи и телерадиовещания на территории РФ, сер-
тификации РЭС, перечень основных норм и стандартов на техни-
ческие характеристики РЭС, определяющие их электромагнитную
совместимость (ЭМС).
Радиорегламент РФ может служить руководством для операторов
систем радиосвязи и радиовещания по правилам и процедурам исполь-
зования средств радиосвязи, телевидения и радиовещания в РФ.
Производство и закупка радиооборудования, используемого на
территории РФ, должны осуществляться с учетом национальных осо-
бенностей использования радиочастотного спектра, отраженных в по-
мещенной в Радиорегламент Таблице распределения полос частот меж-
ду радиослужбами.
Деление спектра радиочастот согласно международному Регламен-
ту радиосвязи и особенности распространения радиоволн конкретных
диапазонов приведены в табл. 5.1 [138].
146
Глава 5
Таблица 5.1
Административное деление спектра радиочастот
Диапазон (длина волны) Наименование Особенности распространения
3...30 кГц (100...10 км) 30...300 кГц (10...1 км) 300...3000 кГц (1000...100 м) 3...30 МГц (100...10 м) 3...6 МГц (100...50 м) 6...10 МГц (50...30 м) 10...20 МГц (30...15 м) Очень низкие частоты (ОНЧ, сверхдлинные, или мириаметровые, волны), VLF (very low frequency) Низкие частоты (ДВ, длинные или километ- ровые волны), LF (low frequency) Средние частоты (СВ, средние или гекто- метровые волны), MF (medium frequency) Высокие частоты (КВ, короткие или декамет- ровые волны), HF (high frequency) Дальняя связь днем и ночью практически без заметного вли- яния замираний. Возможен при- ем под водой (на глубине не скольких метров) Внутриконтинентальная связь днем и ночью; иногда возможна связь в пределах всего земно- го шара; в высокочастотной ча- сти диапазона часто возникает ограничение дальности связи, особенно в дневное время Связь в дневное время на рас- стоянии не более 1500 км, но- чью на расстоянии не более 4000 км в особо благоприятных условиях ночью возможна связь в пределах всего земного ша- ра; в дневное время с ростом частоты уменьшается дальность связи. В верхней части диапазо- на заметно влияние солнечной активности Типично использование для пе- редачи отражений от ионосфер- ных слоев. Зависит от солнеч- ной активности Связь в дневное время на рас- стоянии не более 600 км, ночью на расстоянии не более 3000 км, в особо благоприятных условиях ночью возможна связь в пре- делах всего земного шара. Не сильно зависит от солнечной активности Связь в дневное время на рас- стоянии не более 5000 км, но- чью возможна внутриконгинен- тальная связь и даже в преде- лах всего земного шара. За- метно зависит от солнечной активности Внутриконтинентальная связь днем и ночью, часто возможна связь в пределах всего земного шара. Сильно зависит от сол- нечной активности
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
147
Окончание табл. 5.1
Диапазон (длина волны) Наименование Особенности распространения
20...30 МГц Высокие частоты (КВ, Внутриконтинентальная связь,
(15.10 м) короткие или декамет- ровые волны). HF (high frequency) днем возможна связь в пределах всего земного шара. Высокоча- стотная часть диапазона с успе- хом используется для космиче- ской связи. Очень сильно зави- сит от солнечной активности
30...300 МГц Очень высокие ча- Связь в основном в пределах
(10...1 м) стоты (ОВЧ, метро- вые), VHF (very high frequency) прямой видимости (квазиопти- ческая связь), однако возможна и внутриконтинентальная связь. В особо благоприятных условиях возможна связь в пределах все го земного шара Используется для космической связи. В низ- кочастотной части диапазона временами заметно зависит от солнечной активности
(300 .3000 Ультравысокие часто- Связь в основном квазиопти-
МГц ты (УВЧ, дециметро- ческая или оптическая. В низ-
(1...0J м) вые), UHF (ultra high frequency) кочастотной части диапазона связь внутриконтинентальная. В особо благоприятных условиях возможна связь в пределах все- го земного шара. Космическая связь используется для измере- ния очень больших расстояний
3...30 ГГц Сверхвысокие часто- Связь в основном оптическая.
(10...1 см) ты (СВЧ, сантиметро- вые), SHF (super high frequency) В низкочастотной части диа- пазона заметно увеличивается дальность связи. В особо бла- гоприятных условиях возможна связь в пределах всего земного шара. Космическая связь ис- пользуется для измерения очень больших расстояний
30...300 ГГц Крайне высокие часто- Связь в основном оптическая,
(10...1 мм) ты (КВЧ, миллиметро- вые), EHF (extremely high frequency) однако вследствие значитель- ного поглощения в атмосфе- ре дальность связи невелика. До сих пор не используется для дальней связи. Связь осуществ- ляется между объектами в кос- мосе (отсутствует влияние ат- мосферы), при этом связь воз- можна на очень больших рассто- яниях
148 Глава 5
5.2. Модуляция в системах
радиовещания и связи
Как правило, спектр информационных сигналов, которые передают-
ся по каналу связи, в частности речи, сосредоточен в ограниченной низ-
кочастотной области. С другой стороны, радиосвязь на требуемом рас-
стоянии обеспечивается в диапазонах достаточно высоких частот. Пе-
редавать низкочастотную информацию по высокочастотной линии связи
позволяет использование модуляции [36, 127, 176]. Модуляция — это
процесс изменения параметров физического носителя по определенно-
му закону. В качестве физического носителя в радиосвязи использует-
ся высокочастотное колебание (модулируемое), обычно гармоническое.
Закон изменения определяется передаваемым сообщением (модули-
рующим колебанием). Результирующее колебание с изменяющимися
во времени параметрами называется модулированным сигналом. Для
выделения модулирующего сигнала из модулированного колебания на
приемной стороне необходим обратный процесс —демодуляция.
Модулирующий сигнал при передаче информации от нескольких
источников по одной линии радиосвязи может быть сложным: многока-
нальным при частотном уплотнении каналов, цифровым групповым при
временном уплотнении, с исходными сигналами на поднесущих и др
В качестве модулируемого может выступать либо аналоговое коле-
бание с тремя изменяемыми параметрами: амплитуда, частота, фаза,
либо периодическая последовательность прямоугольных импульсов так-
же с тремя параметрами: амплитуда, длительность, частота повторения
импульсов.
В зависимости от вида модулирующего, модулируемого сигнала и
модулируемых параметров можно предложить следующую классифика-
цию видов модуляции (табл. 5.2).
Таблица 5.2
Классификация видов модуляции
Аналоговая Импульсная* Цифровая
Модулирую- щий сигнал Несущая Вид модуля- ции * — В матери Аналоговый Аналоговая AM (амплитуд- ная модуля- ция) ЧМ (частотная модуляция) ФМ (фазовая модуляция) алах книги не ра Аналоговый или дис- кретный Дискретная АИМ (амплитудно-им- пульсная модуляция) ШИМ (широтно-импуль- сная модуляция) ФИМ (фазоимпульсная модуляция) ссматривается. Дискретный Аналоговая АМн (амплитудно- манипулированная несущая) ЧМн (частотно- манипулированная несущая) ФМн (фазома- нипулированная несущая) Комбинированная
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
149
Рис. 5.1. Типовая структура радиолинии передачи данных
При передаче дискретных сигналов вместо термина «модуляция»
применяется термин «манипуляция» (Keying или Shift Keying). Комби-
нированная манипуляция предполагает одновременное изменение не-
скольких параметров несущей (наиболее часто — амплитуды и фазы).
Структура радиолинии передачи данных может быть представле-
на в упрощенном виде (рис. 5.1).
Исходный сигнал, например звуковой, поступающий на вход си-
стемы в аналоговой форме, подвергается в кодере источника аналого-
цифровому преобразованию, а затем кодированию, которое устраняет
избыточность первичной информации. В аналоговых системах переда-
чи эквивалентом такого кодирования являются частотная фильтрация,
выделяющая только информативный участок спектра, в частности для
речевых сообщений, и компрессия динамического диапазона.
В кодере канала осуществляется помехоустойчивое кодирование
В передаваемое сообщение вводятся дополнительные символы, кото-
рые позволяют провести на приемной стороне коррекцию ошибок, воз-
никающих при передаче в физическом канале с помехами. Существует
несколько схем кодирования, применение той или иной схемы зависит
от задач, возлагаемых на систему связи, и характеристик канала. В ана-
логовых системах эквивалентом канального кодирования можно считать
предыскажения, вводимые в модулирующий сигнал.
Следующей процедурой на передающей стороне является модуля-
ция. От выбора вида и параметров модуляции зависит, будет ли си
стема передачи иметь хорошую помехоустойчивость, энергетическую и
спекгральную эффективность. Как правило, в современных системах
процедура модуляции объединена с процедурой канального кодирова-
ния, что дополнительно повышает качество радиолинии.
Канал распространения радиосигнала, как было отмечено, характе-
ризуется наличием помех, характер которых зависит от диапазона, вре-
мени суток, сезона, географического местоположения и электромагнит-
ной обстановки. Различают аддитивные и мультипликативные помехи.
В первом случае помеха, будь то шум, узкополосное или импульсное
излучение, суммируется с сигналом, во втором — происходит перемно-
жение помехи и сигнала, как, например, при замирании в КВ диапазоне.
150
Глава 5
Обработка принятого сигнала происходит в обратной последова-
тельности. Он демодулируется, декодируется (обе операции часто вы-
ступают как один неразделимый процесс) и восстанавливается с мак-
симально возможным приближением до первичного сообщения. Это
восстановленное сообщение и поступает конечному пользователю.
5.2.1. Виды аналоговой модуляции
Амплитудная модуляция (AM) может быть определена как из-
менение амплитуды несущей пропорционально уровню модулирующего
сигнала (модуляция частоты и фазы в реальных устройствах при этом
рассматривается только как паразитная). В случае гармонического мо-
дулирующего колебания аналитическое выражение для AM сигнала U(t)
имеет вид
U(t) = Ао[1 + к соэ(Ш + $)] cos(u>0f + у?0), (5.1)
где Ао, си0 = 2тг/0, у?0 — амплитуда, угловая частота и начальная фаза
несущей соответственно; к = А7П/А0 — коэффициент пропорциональ-
ности между модулирующим сигналом и вариациями амплитуды AM ко-
лебания, или коэффициент модуляции; Ат, Q = 2-тгГ, — амплитуда,
угловая частота и начальная фаза модулирующего колебания; t — время
На рис. 5.2 приведен график AM колебания в зависимости от вре-
мени, на котором видно, что огибающая имеет форму гармонического
модулирующего колебания.
Выражение (5.1) может быть преобразовано к виду (для просто-
ты начальные фазы опущены)
U(t) = cos co0t + — cos(cj0 + Q)Z + — cos(cj0 — Q)t .
(5.2)
Данная форма записи показывает, что в спектре модулированного ко-
лебания кроме несущей содержатся две боковые составляющие с ам-
плитудой, пропорциональной коэффициенту модуляции, и с частотами
выше и ниже несущей на частоту модуляции Q = 2tfF (рис. 5.3). Ши-
рина спектра такого AM сигнала
А/ = 2F. (5.3)
Если низкочастотное модулирующее колебание является сложным,
то спектр модулированного колебания будет содержать кроме несущей
две боковые полосы — верхнюю и нижнюю. Они представляют собой
перенесенный в область несущих частот спектр модулирующего сигнала
без изменения и с инверсией соответственно. Для определения пол-
ной ширины спектра AM колебания в этом случае в (5.3) подставляют
максимальную частоту спектра модулирующего колебания.
Очень наглядна векторная диаграмма модулированного сигнала
(рис. 5.4). Несущее гармоническое колебание отображается вектором
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
151
Рис. 5.2. График AM колебания
Рис. 5.4. Векторное
представление AM
колебания
Aoe1Q2ot, вращающимся против часовой стрел-
ки с постоянной скоростью о>0 рад./с. Боко-
вые составляющие в свою очередь представ-
ляются векторами А0/се’^4/2 и ДЛе“‘^*/2,
симметричными относительно первого векто-
ра и закрепленными на его конце Они вра-
щаются против и по часовой стрелке с угловой
скоростью модуляции Q, перемещаясь вместе
с вектором несущей. Результирующий век-
тор модулированного колебания меняет свою
длину в зависимости от положения двух сим-
метричных векторов, частота его вращения
остается постоянной.
Мощность AM колебания зависит от глубины модуляции. Мощность
несущей частоты неизменна и пропорциональна Лц/2. Мощность каж-
дой боковой составляющей пропорциональна квадрату ее амплитуды,
т.е. величине А£к2/8.
При наиболее глубокой модуляции (к = 1) мощность AM колеба-
ния (равная сумме мощностей всех трех составляющих) лишь в полтора
раза превосходит мощность немодулированного колебания. На прак-
тике среднее значение коэффициента амплитудной модуляции не пре-
вышает 0,5, чтобы уменьшить вероятность перемодуляции при пиковых
значениях модулирующей функции
С целью увеличения эффективности использования передатчика и
экономии полосы частот, занимаемой модулированным сигналом, пере-
даваться может не весь спектр, а одна боковая полоса AM колебания.
При этом несущая и другая боковая подавляются. Такая модуляция на-
зывается AM с одной боковой полосой (ОБП). Следует отметить, что
в строгом смысле это уже будет колебание со сложной амплитудно-
фазовой модуляцией.
Различают следующие разновидности амплитудной модуляции:
• двухполосная AM (Double Sideband — DSB);
• двухполосная AM с подавленной несущей (Double Sideband Sup-
pressed Carrier — DSBSC);
152
Глава 5
• однополосная AM (Single Sideband);
• однополосная AM с подавленной несущей (Single Sideband Sup-
pressed Carrier — SSBSC) в вариантах нижней и верхней боковой
полосы (Lower Sideband — LSB; Upper Sideband — USB);
• AM с частично подавленной одной из боковых полос (Vestigal Side-
band — VSB);
• AM с двумя независимыми боковыми полосами (Independent Sing-
le Sideband — ISSB).
Еще одним способом увеличения эффективности AM является при-
менение динамической AM (ДАМ), при которой мощность несущей ре-
гулируется в зависимости от амплитуды модулирующего колебания.
Амплитудная модуляция и ее разновидности нашли применение в
основном в радио- и телевещании. В диапазонах ДВ и СВ применяется
двухполосная AM, в диапазоне КВ и УКВ — однополосная AM. В диапа-
зоне УКВ в системах ТВ для передачи сигнала изображения (яркостной
составляющей) используется AM с частично подавленной одной боко-
вой полосой, а для передачи цветоразностных сигналов в системах PAL
и NTSC используется разновидность балансной модуляции, так назы-
ваемая квадратурная AM. Принцип AM ОБП используется для форми-
рования групп каналов в многоканальных системах связи с частотным
уплотнением. Кроме того, данный вид модуляции используется в си-
стемах мобильной связи и для связи с самолетами (118...136 МГц).
Частотная модуляция (ЧМ) является частным случаем угловой мо-
дуляции. При ЧМ изменяемым параметром является частота несущей,
т.е. в каждый момент времени ее отклонение от своего номинального
значения пропорционально уровню модулирующего сигнала. В случае
гармонического модулирующего колебания мгновенная частота
u)(t) = cu0 + Acj cos(Qi + тр), (5.4)
где До; = 2тгД/ — амплитуда отклонения несущей частоты от номи-
нала или девиация частоты.
Полная мгновенная фаза связана с его мгновенной частотой через
интеграл
Г
Ф(£) = / о;(/) dt = bjot + sin(Qi + V?) + (/>0. (5.5)
Величина
т = Ди;/^ (5.6)
называется индексом частотной модуляции. Для сложного модулирую-
щего сигнала в (5.6) подставляется максимальная частота его спектра.
Аналитическое выражение для ЧМ сигнала U(t) записывается сле-
дующим образом:
U(t) = До cos{[ca0 + msin(£l£ + -0)]t + (5.7)
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
153
Рис. 5.6. Спектр ЧМ сигнала
Рис. 5.5. График ЧМ колебания
График ЧМ сигнала представлен на рис. 5.5.
Спектр ЧМ колебания при однотональной модуляции можно полу-
чить, представив колебание (5.7) в виде бесконечного тригонометриче-
ского ряда:
U(t) =
сю
Jo(m) cos w0£ + cos(u0 -т nQ)t +
n= 1
co
+ У^(— 1 )n Jn(m) cos(cj0 — nQ)i ,
n= 1
(5.8)
где Jn(x) — специальная функция Бесселя порядка п аргумента х.
При фиксированном аргументе функция Бесселя с ростом поряд-
ка убывает по абсолютной величине и при т > п имеет малую вели-
чину. Поэтому на практике ограничиваются рассмотрением конечного
числа составляющих спектра.
Вид спектра ЧМ колебания при модуляции гармоническим сигна-
лом приведен на рис. 5.6.
Различают широкополосную т 1 (Д^ 5> S2) и узкополосную
т 1 (До? Q) частотную модуляцию. В первом случае, как правило,
учитывают составляющие с номерами п т+ 1. Это соответствует ши-
рине спектра ЧМ колебания при гармонической модуляции, в которой
сосредоточено 99 % энергии сигнала,
д^^ду + ю^гд/.
(5.9)
При небольших индексах ЧМ (от 1 до 2,5) следует пользоваться форму-
лой
Д/ = 2F(1 + т +
(5.10)
За пределами этой полосы амплитуда составляющих в 100 раз меньше
амплитуды немодулированной несущей.
При т 1 ЧМ колебание (5.7) приближенно описывается как
U(t)
^0
COSCUo^ + — COS(c<Jo + —— cos(w0 — Q)i
(5.11)
154
Глава 5
Рис. 5.7. Векторная
диаграмма ЧМ колебания
т.е. можно считать, что в спектре такого сиг-
нала с частотной модуляцией присутствуют
только несущая и две отстоящие от нее на
частоту модуляции боковые компоненты. Од-
нако в отличие от амплитудной модуляции
вторая боковая составляющая имеет фазо-
вый сдвиг на 7г радиан.
Векторная диаграмма в этом случае по-
казана на рис. 5.7. В отличие от AM ко-
лебания сумма векторов боковых колебаний
перпендикулярна вектору несущего колеба-
ния, что приводит к ускорению и замедлению
вращения результирующего вектора. Длина
этого вектора, представляющая амплитуду модулированного колеба-
ния, незначительно изменяется, что связано с допущенными прибли-
жениями. В общем случае будет складываться большее число век-
торов, и конец результирующего вектора при его качании будет пе-
ремещаться по дуге окружности, т.е. длина результирующего векто-
ра меняться не будет.
Поскольку спектр ЧМ сигнала шире, чем при AM, помехоустойчи-
вость такой модуляции выше. Применяется ЧМ по причине своей ши-
рокополосное™ в основном в диапазоне метровых и более коротких
волн. Узкополосная ЧМ (Narrow Frequency Modulation — NFM) исполь-
зуется в системах мобильной связи, широкополосная (Wide Frequency
Modulation — WFM) в радио- и телевещании. При стереофоническом
вещании в модулирующем сигнале имеется поднесущая с дополнитель-
ной модуляцией в зависимости от стандарта вещания. Кроме того,
ЧМ с т « 2 широко применялась в системах радиорелейной и спут-
никовой связи, модуляция несущей осуществлялась широкополосным
групповым сигналом, но в настоящее время такие сигналы практиче-
ски вытеснены цифровыми.
В радиолокации ЧМ используется как внутриимпульсная в вариан-
тах линейной ЧМ, симметричной, зигзагообразной и др.
Фазовая модуляция (ФМ) также является частным случаем угло-
вой модуляции. Рассмотренное выше частотно-модулированное коле-
бание является в то же время и фазомодулированным. Однако при
фазовой модуляции изменение фазы, а не частоты, должно совпадать
с законом изменения модулирующего колебания. В случае синусои-
дального модулирующего колебания аналитическое представление ФМ
колебания имеет вид
U(t) = Д) cos[lj0£ + Ay?sin(Qt + ф) + у?0],
(5.12)
где Ду? — амплитуда отклонения (девиация) фазы.
Когда осуществляется угловая модуляция гармоническим сигна-
лом, отличить частотную модуляцию от фазовой можно, только сравнив
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
155
изменения мгновенной фазы модулированного колебания с законом из-
менения модулирующего напряжения.
Сравнение (5.7) и (5.12) показывает, что индекс частотной модуля-
ции равен амплитуде отклонения фазы, измеряемой в радианах. Однако
при частотной модуляции индекс модуляции обратно пропорционален
модулирующей частоте, а при фазовой девиация фазы фиксируется и
от частоты модуляции не зависит.
Спектр фазомодулированного гармоническим колебанием сигнала
будет такой же, как и частотно-модулированного, если одинаковы ин-
дексы модуляции. При m <С 1 спектр ФМ сигнала будет содержать
несущую и две боковые составляющие, отстоящие от несущей на ча
стоту модуляции. Отличие от спектра AM сигнала заключается только в
том, что боковые составляющие сдвинуты по фазе на 90°.
При больших индексах модуляции ширину спектра ФМ сигнала сле-
дует рассчитывать, пользуясь формулами для ЧМ сигналов. Шири-
на спектра в том и другом случае определяется девиацией частоты.
С увеличением частоты модуляции у ЧМ сигнала ширина спектра бу-
дет оставаться прежней при меньшем числе спектральных составля-
ющих, а при ФМ ширина спектра будет расти при неизменном чис-
ле этих составляющих.
Векторная диаграмма ФМ не отличается от векторной диаграммы
ЧМ. Нужно лишь иметь в виду, что ФМ определяется угловым отклоне-
нием результирующего вектора от положения вектора несущей частоты,
а ЧМ скоростью этого отклонения, т.е. производной фазы по времени.
Фазовая модуляция применяется в основном в радионавигационных си-
стемах.
5.2.2. Виды дискретной (цифровой)
модуляции
Амплитудная манипуляция. В случае амплитудной манипуляции
(АМн), характеризующейся включением и выключением несущей (On/Off
Keying — ООК), выходное колебание имеет вид последовательности ра-
диоимпульсов. Прямоугольная огибающая принимает два значения, по-
вторяя двоичный модулирующий сигнал (рис. 5.8).
Если амплитуда манипулированного сигнала может принимать
только значения, отличные от нуля, применяются термины ASK (Ampli-
tude Shift Keying) для двухуровневой манипуляции и MASK (Multiple ASK)
для многоуровневой.
Амплитудно-манипулированный сигнал на длительности элемен-
тарной посылки Т в общем случае описывается множеством
Si(t) = Ai cos(cjQt + у?0), 0 < t < Т, (5.13)
где амплитуда Ai может принимать М дискретных значений, т.е. i =
= 1,2....М.
156
Глава 5
Рис. 5.8. График AMн колебания
Рис. 5.9. Огибающая спеюра
АМн сигнала
Рис. 5.10. Векторное представление амплитудной манипуляции
О
М = 2
Спектр амплитудной манипуляции представляет собой спектр по-
следовательности двоичных сигналов, перенесенный на частоту несу-
щей (рис. 5.9). Его ширина зависит от скорости манипуляции.
Для цифровых видов модуляции векторную схему удобнее пред-
ставлять совокупностью информационных сигналов без учета вращения
вектора немодулированной несущей (сигнальным созвездием — constel-
lation diagram). На рис. 5.10 изображена такая схема для амплитудной
манипуляции для различных значений М.
Как правило, соседние значения амплитуды соответствуют инфор-
мационным модулирующим комбинациям, различающимся в одном раз-
ряде. Такое отображение называется кодом Грея. При демодуляции,
когда наиболее вероятны ошибки с отклонением на одну градацию от
истинного значения амплитуды, в принятой информационной комбина-
ции возникает ошибка только в одном бите.
Частотная манипуляция. В простейшем случае частотная мани-
пуляция (ЧМн) (Frequency Shift Keying — FSK) характеризуется наличием
двух частот (нажатия и отжатия), соответствующих уровням исходного
двоичного модулирующего сигнала. С увеличением числа используемых
частот происходит переход к М-ичной частотной манипуляции (Multiple
FSK — MFSK), применение которой позволяет повысить скорость пе-
редачи символов (за счет увеличения числа битов, приходящихся на
одну тональную посылку).
Общее аналитическое выражение для частотно манипулированно-
го сигнала имеет следующий вид:
$,(£) = До со8(щ££ + </>i0), 0 < t < Т, (5.14)
где tpi0 — начальная фаза г-го тона; i = 1,2,..., М — номер частоты ЧМн
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
157
ии
Рис. 5.11. График ЧМн колебания
Рис. 5.12. Вид спектра ЧМн сигнала
сигнала, которая излучается в течение элементарной посылки; Ао —
амплитуда сигнала. На практике М обычно является ненулевой сте-
пенью двойки (2, 4, 8, 16,...).
Временная диаграмма ЧМн сигнала приведена на рис. 5.11.
Для уменьшения ширины спектра ЧМн сигнала исходный инфор-
мационный сигнал может подвергаться частотной фильтрации, что при-
водит к сглаживанию входных модулирующих импульсов. При исполь-
зовании фильтра с гауссовой амплитудно-частотной характеристикой
формируется так называемая гауссовская ЧМн (Gaussian FSK — GFSK).
Она используется в стандарте беспроводного телефона DECT.
Различают ортогональные и неортогональные схемы ЧМн. Чтобы
составляющие сигнального множества ЧМн были ортогональными, они
должны быть некоррелированными в течение передачи символа Т. Ми-
нимальный разнос по частоте, при котором это условие выполняется,
равен
Л-А+1 = 1/Г (5-15)
при некогерентном детектировании FSK сигналов, когда начальная фаза
элементарных посылок может быть любой, и равен
Л-Л+1 = 1/(22’) (5.16)
в когерентных системах, где начальная фаза всех элементарных посы-
лок известна.
Ширину занимаемой полосы частот ЧМн сигнала в случае манипу-
ляции симметричными прямоугольными импульсами можно оценить по
формуле [243]
Л ( 2,6 Ду + 1,4В с точностью до 2 % для 2 m ^8 .
f [2,2Д/ + 3,1В с точностью до 2 % для 8 < m 20,
где Д/ — отклонение частоты (половина разноса частот манипуляции),
В = 2F = 1 /Г — скорость манипуляции (измеряется в бодах); F =
= 1 /(2Т) — частота манипуляции; m = Af/F — индекс модуляции.
Для ортогональной некогерентной схемы М-ичной ЧМн ширина
спектра с учетом дополнительной фильтрации модулированного сиг-
158
Глава 5
Рис. 5.13. Векторная диа-
грамма ЧМн сигнала
Рис. 5.14. Вид последовательности тональ-
ных посылок в стандарте FFSK
нала принимается равной
C\f = M/T, (5.18)
а для когерентной схемы берется соответственно равной
Д/ = М/(2Т). (5.19)
Векторная диаграмма информационных сигналов ЧМн колебания в
случае ортогональной схемы в общем случае отображается М ортого-
нальными векторами в М-мерной декартовой системе координат. На
рис. 5.13 приведена диаграмма для М = 3.
Частным случаем ЧМн являются сигналы без разрыва фазы на гра-
ницах посылок (Continuous phase FSK — CPFSK), которые применяют-
ся при высоких скоростях передачи из-за малой полосы занимаемых
частот, быстрого убывания уровня внеполосного излучения и постоян-
ства уровня огибающей.
Так, например, в стандарте сотовой связи NMT-450 используется
быстрая ЧМн (Fast FSK — FFSK) на поднесущей со скоростью манипуля-
ции 1200 бод. Манипулированная поднесущая является модулирующим
сигналом для обычной частотной модуляции высокочастотной несущей.
За время элементарного информационного импульса длительно-
стью 0,833 мс передается или один период колебания частотой 1200
Гц, что соответствует единичному уровню модулирующей последова-
тельности (нажатие — Mark), или 1,5 периода колебания частотой 1800
Гц, соответствующих нулю (отжатие — Space) (рис. 5.14). При этом
за время посылки в первом случае фаза колебания изменяется на 2тг
радиан, а во втором — на Зтг/2. Поэтому для выполнения требования
непрерывности фазы следующая за единичной посылка должна иметь
начальную фазу колебания такую же, как и предшествующая единичная,
а следующая за нулевой посылка должна отличаться начальной фазой
колебания от предшествующей нулевой посылки на тг радиан.
В радиомодемах используются и другие параметры быстрой ЧМн
на поднесущей. Например, частоты нажатия и отжатия могут составлять
1200 и 2400 Гц при скорости передачи 2400 бод, или 2400 и 4800 Гц
при скорости 4800 бод соответственно. Но при этом, поскольку при
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
159
( dk\
sk(t) = cos 2тг I /0 + — jt + <рк
передаче логической единицы фаза колебания изменяется на тг, а при
передаче нуля на 2тг радиан, зависимость чередования начальной фазы
посылок от последовательности передаваемых данных будет обратная
Так как начальная фаза колебания для конкретной посылки зависит
от начальной фазы колебания предыдущей посылки, такую модуляцию
называют модуляцией с памятью.
В системах связи широко используется другой сигнал класса
CPFSK, в котором используется манипуляция несущей с минимальным
(частотным) сдвигом — ММС (Minimum Shift Keying — MSK).
Аналитически этот сигнал можно представить следующим образом:
кТ < t < (fc + 1)Т, (5.20)
где /0 — несущая частота; dk - ±1 представляет двоичную последова-
тельность с длительностью посылки Т, — фазовая постоянная для
к-\л бинарной посылки, равная 0 или тг радиан.
При dk = 1 передается частота /0 + 1/(4Т), при dk = — 1 — частота
/о ~ разнос частот 2Д/ = 1/(2Т), как при ортогональной ко-
герентной схеме ЧМн, т е. минимально возможный. Индекс частотной
модуляции при этом m = Д//F = (1/4Т)/(1/2Т) = 0,5.
Так как разность набега фазы за время посылки для верхней и
нижней частоты составляет тг радиан, для выполнения условия непре-
рывности фазы на границах посылок фазовая постоянная должна удо-
влетворять следующему соотношению:
¥к =
7г/с
<Pk-i + — G4-1 - 4) mod 2тг.
(5.21)
Спектральная плотность мощности при MSK (рис. 5.15) описывает-
ся выражением
G(/) =
16РТ
тг2
cos 2тг/Т
1 - 16/2Т2
(5.22)
где Р — средняя мощность модулированного сигнала.
Так же, как и в случае обычной ЧМн, модулирующая бинарная по-
следовательность может пропускаться через узкополосный гауссовский
фильтр, что дополнительно уменьшает ширину спектра модулированно-
160
Глава 5
го сигнала. Модуляция в этом случае называется гауссовской манипуля-
цией с минимальным сдвигом (Gaussian MSK — GMSK), она применяется
в одном из самых популярных стандартов сотовой связи GSM.
Фазовая манипуляция (ФМн) (Phase Shift Keying — PSK) — ос-
новной вид манипуляции, обеспечивающий высокую скорость передачи
символов. Модулированный сигнал представляет собой отрезки эле-
ментарных сигналов, отличающиеся лишь значением фазы
Si(t) = cos(cj0t + tpi), 0<t<T, (5.23)
где i = 1,2, М — число градаций фазы; У10 — амплитуда сигна-
ла. Наибольшая помехоустойчивость обеспечивается при равномерном
размещении градаций фазы = 2т/М.
Простейшим случаем является двухфазная ФМн (Binary PSK —
BPSK) С двоичными информационными символами 1 и 0 сопоставля-
ются элементарные, так называемые антиподные сигналы, первый из
которых совпадает по фазе с несущим колебанием, а второй находит-
ся с ним в противофазе.
На рис. 5.16 представлена временная диаграмма BPSK.
М-фазная ФМн (Multi PSK — MPSK) так же, как MASK и MFSK, ис-
пользует не бинарный алфавит с передачей одного информационного
бита за период передачи канального символа, а алфавит из М симво-
лов, что позволяет передавать к = log2 М битов за каждый символьный
интервал. Скорость передачи информации (бит/с) в данном случае бу-
дет в к раз выше скорости манипуляции (бод).
При 4-фазной ФМн (или 2-кратной фазовой телеграфии — ДФТ) в
передаче участвует 4 элементарных сигнала, каждый из которых харак-
теризуется своей фазой. Их можно использовать для передачи кода из
4 пар (дибитов) двоичных символов. В этом случае скорость переда-
чи элементов сигнала (скорость модуляции) уменьшается в 2 раза по
сравнению со скоростью следования битов исходного потока, что вдвое
сокращает' занимаемую полосу частот. При большей кратности мани-
пуляции достигается еще более эффективное использование спектра.
Для 4-фазной ФМн на практике нашли применение два набора фаз (ва-
рианты А и В): А — 0°, 90°, 180°, 270°; В — 45°, 135°, 225° и 315°
(рис. 5.17, для информационных комбинаций использован код Грея).
1ЯЖШИГ
Рис. 5.16. Временная диаграмма
ФМн сигнала
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
161
Рис. 5.17. Векторная схема ФМн сигнала
Для демодуляции ФМн сигналов необходимо опорное колебание:
синхронное и синфазное с несущей, Это колебание обычно восстанав-
ливается из ФМн сигнала. Но всем способам восстановления несущей
из многофазного модулированного сигнала присуща неоднозначность,
кратная минимальному сдвигу. Для ее преодоления нужно передавать
специальные маркерные посыпки, указывающие фазу какого элемен-
(арного сигнала считать нулевой. Иначе возникает явление, получившее
название «обратной работы». В случайные моменты времени все посыл-
ки 1 на выходе детектора превращаются в посылки 0, а посылки 0 — в
посылки 1, В следующий случайный момент нормальный прием восста
навливается до следующего наступления «обратной работы» и т.д.
Чтобы этого избежать, применяется дифференциальное, или от-
носительное, кодирование. Правило кодирования сводится к преоб-
разованию модулирующей информационной последовательности {<з.Д
в последовательность {5.J так, что bi = а* + bi-r, причем сложение
осуществляется по модулю, равному основанию модуляционного кода
Это эквивалентно тому, что первоначальная информация содержится в
иазности фаз сигнальных посылок (как правило, соседних), манипуля-
ция в этом случае называется относительной (ОФМн), или разностной
(Differential PSK — DPSK) Естественно, что в начале сеанса связи необ-
ходима передача одной избыточной посылки, по которой отсчитывается
фаза первой информационной посылки. Этот вид фазовой манипуля-
ции также относится к видам модуляции с памятью.
При относительной 4-фазной ФМн (2-кратной относительной фа-
зовой телеграфии — ДОФТ) дибитам ставятся в соответствие разно-
сти фаз двух соседних элементов передаваемого сигнала, поэтому на
рис. б.ТУ.б'углы для ДОФТ надо трактовать как изменение фазы, отсчи-
тываемое от фазы предыдущей посылки в момент ее окончания
Поскольку сигналы ОФМн отличаются только наличием относитель-
ного кодирования, демодулироваться они могут так же, как и ФМн, ко-
герентным методом, необходимо лишь дополнительно перекодировать
информацию для восстановления исходной последовательности по пра-
вилу щ = bi — (по модулю, равному основанию кода).
Наиболее часто для формирования фазоманипулированного сиг-
нала используется квадратурный метод. Он основан на том, что лю
бое гармоническое колебание с произвольной фазой можно предста-
6—5729
162
Глава 5
вить линейной комбинацией синфазной (In Phase — I) и квадратурной
(Quadrature — Q), т.е. сдвинутой по фазе относительно синфазной на
тг/2 радиан, составляющих.
Если в качестве опорного (синфазного) выбран cosuc7, то в случае
4-фазного ФМн сигнала элементарная посылка формируется по закону
А А
= -f=dik cos(w0i + ф)-sin(u0£ + ^), кТ <t< (к + 1 )Т,
2 2 (5.24)
где в синфазном канале djk = 1, если старший разряд дибита информа-
ционной последовательности принимает значение 1, и djk - — 1, если
старший разряд дибита равен 0, и аналогично в квадратурном кана-
ле величина dqk в зависимости от значения младшего разряда дибита
1 или 0 равна 1 или —1 соответственно; — амплитуда сигнала; Т —
длительность посылки (т.е. дибита, сформированного из двух элементов
первичной бинарной последовательности); ф— начальная фаза несуще-
го колебания. Для случаев, изображенных на рис 5.17, начальная фаза
модулируемого колебания должна иметь значения Зтг/4 и тг радиан.
Такой метод формирования сигнала ФМн4 называется квадратур-
ной ФМн (Quadrature PSK — QPSK). Независимо от метода в англий-
ской аббревиатуре Q может расшифровываться также как Quaternary
или Quadriphase, т.е. 4-фазная.
При одновременной смене символов в обоих каналах модулятора
(когда дибит 10 меняется на 01, 00 на 11 и наоборот) в сигнале ФМн4
происходит скачок фазы на тг радиан. Связанное с этим изменение оги-
бающей при использовании передатчиков с небольшим динамическим
диапазоном, например в спутниковых ретрансляторах-транспондерах,
приводит к возникновению паразитных боковых полос. Эти полосы от-
бирают часть мощности и создают помехи в соседних каналах.
Чтобы избежать глубокой модуляции огибающей, применяется че-
тырехфазная ФМн со сдвигом (Offset QPSK — OQPSK), иногда называ-
емая ФМн4 с разнесением (Staggered QPSK — SQPSK). Формирование
сигнала в квадратурной схеме происходит по такому же алгоритму, как
и для обычной ФМн4, за исключением того, что манипулирующие по-
следовательности djk и dqk смещаются по времени на длительность
Т/2-. В результате этого скачки фазы в каналах происходят по очереди
Рис. 5.18. Возможные
скачки фазы при OQPSK
(в 2 раза чаще, чем при обычной 4-фазной
ФМн), и, следовательно, остаются измене-
ния фазы только на 0°, 90°, —90° (рис. 5.18).
Спектр модулированного сигнала не
расширяется. Это связано с тем, что ширина
спектра при OQPSK определяется шириной
спектров синфазной и квадратурной состав-
ляющих, являющихся последовательностями
независимых сигналов длительностью Т, как
и при ФМн4.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
163
Рис. 5.19. Спектр сигнала QPSK
ФА2
ФА4
Рис. 5.20. Диаграмма
фазовых переходов при
манипуляции -тг/4 DQPSK
Спектральная плотность мощности сигналов QPSK и OQPSK имеет
вид (рис. 5.19)
G(f) = 2РТ ( , (5.25)
\ 27Г/ * /
где Р — средняя мощность модулированного сигнала.
На практике, в частности в стандартах сотовой связи D-AMPS, тран-
ковой связи TETRA и АРСО 25, широко используется сигнал тг/4 DQPSK.
Это относительная квадратурная ФМн с дополнительным сдвигом на
тг/4 радиан иногда называется симметричной. Сдвиг на тг/4 добавля-
ется дополнительно к фазе сигнала при передаче каждого следующего
дибита, поэтому скачки фазы происходят только на углы ±тг/4 и ±Зтг/4,
что уменьшает флуктуации огибающей. В отличие от сигнала DQPSK
для данной модуляции используется сочетание двух вариантов А и В —
восемь состояний фазы, но конкретный переход из данного состояния
возможен только к четырем из них, т.е. если текущее состояние фазы
принадлежит множеству варианта А, то следующее фазовое положение
будет только из множества варианта В, и наоборот (рис. 5.20).
Амплитудно-фазовая манипуляция (АФМн, amplitude-phase
shift keying — APSK) является комбинацией амплитудного и фазового
методов. На длительности элементарной посылки она описывается как
Si(t) = Aj cos(uj0t + ipz), О < t < T, (5.26)
где j = 1,...,7V; /V — число градаций амплитуды; z - —
число градаций фазы.
Общее число положений вектора информационного сигнала равно
М = NL, но в конкретной схеме могут использоваться не все из них
(рис. 5.21), допустимы и асимметричные варианты. Число используе-
мых положений определяет и алфавит передаваемых сообщений. Так,
для случая а на рис. 5.21 М = 16 и передаваться могут квадрибиты,
т.е. четыре бита за символьный интервал; в случае б М = 8 и каждая
посылка будет содержать три информационных бита.
Формировать сигналы АФМн можно и с помощью квадратурных ме-
тодов. Поскольку при этом в каждом канале происходит обычная ампли-
164
Глава 5
Рис. 5.21. Векторные диаграммы АФМн (N = 2, L = 8)
тудная манипуляция, то такой вид модуляции называют квадратурной
амплитудной манипуляцией (КАМн, Quadrature Amplitude Shift Keying —
QASK) или квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ, Quadrature
Amplitude Modulation — QAM).
Число множеств из М точек на плоскости для конкретного чис-
ла М бесконечно. При М > 4 оптимальными, т.е. имеющими мини-
мальную среднюю мощность при заданной вероятности ошибки, явля-
ются множества из сигналов разной мощности, размещенных равно-
мерно внутри окружности, радиус которой определяется максималь-
но допустимой энергией сигнала. Наибольшее применение на прак-
тике получила симметричная конфигурация с регулярным расположе-
нием сигнальных точек в узлах квадратной решетки (рис. 5.23). Чис-
ло сигнальных точек, обозначающих концы векторов на пространствен-
ной диаграмме, фигурирует в обозначении конкретной схемы КАМн:
16-QAM, 64-QAM и т.д.
Спектр сигнала КАМн идентичен спектру сигнала ФМн при равном
числе используемых положений информационного вектора. Однако си-
стемы КАМ, особенно с большим числом позиций, имеют лучшие харак-
теристики по ошибкам, так как при одинаковой максимальной мощности
расстояние между точками больше для КАМн.
Рис. 5.22. Временная диаграмма АФМн
(N = 2, L = 8, М = 8)
Рис. 5.23. Векторная схема КАМн
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
165
Комбинированный метод манипуляции не ограничивается только
амплитудно-фазовой. Известны ансамбли сигналов с хорошими ха-
раюеристиками при одновременной частотной и фазовой манипуляции
ЧМн-К1/ФМн-М, а также с использованием всех схем — ЧМн-И/АФМн-М.
5.3. Сигналы современных
радиоэлектронных средств
Сигналы КВ диапазона (ниже 30 МГц). Особенности распростра-
нения радиоволн коротковолнового диапазона, связанные с отражени-
ями ог ионосферы, позволяют при относительно небольших мощностях
передатчиков и сравнительно простых антенных устройствах организо-
вывать передачу информации на значительные расстояния без созда-
ния дополнительной инфраструктуры. К недостаткам систем КВ диа-
пазона можно причислить неустойчивость канала связи и ограничение
по канальной емкости.
На декаметровых волнах ведется международное и внутригосудар-
ственное радиовещание, осуществляется связь между дипломатически-
ми, военными и силовыми ведомствами многих стран. В этом диапа-
зоне работают средства связи международных организаций, таких, как
ООН, «Красный Крест», Международной организации гражданской авиа-
ции (ICAO), передаются данные агентств новостей и метеоинформация.
Именно здесь наиболее интенсивно работают радиолюбители. Систе-
мы КВ радиосвязи остаются в эксплуатации и будут использоваться в
качестве резервных систем для связи с воздушными и морскими су-
дами, представляя альтернативу спутниковым системам. На КВ также
выделен диапазон для личной радиосвязи Citizen’s Band (СВ).
Радиовещание. На сегодняшний день основная доля широко-
вещательных радиостанций, работающих в КВ диапазоне, использу-
ет аналоговую амплитудную модуляцию. При этом нижняя модули-
рующая частота составляет 150 Гц (для частот ниже 150 Гц вводит-
ся затухание 6 дБ на октаву), верхняя модулирующая частота должна
быть не больше 4,5 кГц.
Вещание ведется в участках диапазона, выделенных согласно меж-
дународным соглашениям (см. табл. 5.19). В диапазонах длинных и
средних волн принята единая сетка с разносом несущих 9 кГц (в США
шаг на СВ 10 кГц). В диапазоне длинных волн имеется 15 каналов,
частота первого канала 155 кГц. В диапазоне средних волн таких ка-
налов 120, частота первого составляет 531 кГц. Разнос несущих частот
на КВ участках в пределах одной географической зоны принят равным
10 кГц, а если передатчики работают в разных зонах, то допускается
использовать разнос 5 кГц,
Географических зон, связанных с распределением радиочастот в
соответствии с межгосударственными соглашениями, всего три. Рай-
он 1 включает всю территорию Европы, а также азиатскую часть России,
166
Глава 5
азиатские страны СНГ, Монголию и территорию Африки. Район 2 охва-
тывает территории Северной и Южной Америки и Гренландию. Рай-
он 3 — это территории Азии (без СНГ и Монголии) и Австралии.
В длинноволновом диапазоне основная энергия излучения перено-
сится поверхностной (земной) волной, на которую не влияет состояние
ионосферы, но она сильно поглощается почвой. Последний фактор для
обслуживания больших территорий вынуждает применять передатчики
мощностью до 500... 1000 кВт. Условия приема в этом диапазоне от-
личаются стабильностью, хотя дальность распространения за счет про-
странственной (ионосферной) волны ночью больше, чем днем, и зимой
больше, чем летом. На приеме сильно сказываются атмосферные и
промышленные помехи.
Диапазон средних волн главным образом служит целям региональ-
ного радиовещания. Условия распространения в средневолновом диа-
пазоне отличаются повышением поглощения в почве с ростом частоты
и существенным влиянием пространственной волны в ночные часы, ко-
гда значительно увеличивается дальность распространения. В резуль-
тате возникают помехи от удаленных станций, работающих на тех же
и соседних частотах, и зона уверенного приема сокращается. В за-
висимости от назначения в этом диапазоне используются передатчи-
ки мощностью 5... 1000 кВт.
На КВ расстояние приема земной волны сокращается до несколь-
ких десятков километров. Основную роль играет ионосферное рас-
пространение, при котором поглощение энергии сравнительно мало.
Основной обьем передач занимает иновещание. Распространение на
большие расстояния происходит скачками, с поочередными отражени-
ями от ионосферы и земной поверхности. Максимальная длина одно-
го скачка 3000 ,4000 км. Между скачками возникает так называемая
«мертвая зона» в радиусе от 50 до 180 км, где прием невозможен. Для
повышения надежности приема программа может передаваться одно-
временно в различных поддиапазонах волн. Так, например, вещание
на четырех частотах в пределах одного скачка при защитном соотноше-
нии 27 дБ (превышении над помехой по высокой частоте) и минималь-
но допустимой напряженности поля сигнала 50 дБмкВ/m обеспечивает
надежность качественного приема 95 %. Для двух скачков она сни-
жается до 85 %, а для трех — до 70 % [130]. Кроме того, рабочие
длины волн изменяют в течение времени суток и года в соответствии с
изменением условий распространения радиоволн для конкретного на-
правления. Станции диапазона КВ имеют номинальную мощность 50,
100, 150, 250, 500 кВт.
Главной особенностью приема на КВ является интерференция
нескольких пространственных волн, отразившихся от разных точек ме-
няющейся ионосферы и претерпевших различное число отражений, что
приводит к случайным частотно-избирательным быстрым и медленным
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
167
замираниям сигнала в десятки раз. Эти замирания в свою очередь вы-
зывают при детектировании одновременное появление неустранимых
случайно зависимых линейных и нелинейных искажений. Наибольшее
ухудшение качества радиовещания связано с замираниями несущей
частоты.
Искажения существенно уменьшаются при однополосной AM. По-
этому на международном уровне в 1987 г. было принято решение о
постепенном переходе на систему однополосного радиовещания. Но
на сегодняшний день регулярно вещает лишь несколько таких КВ ра-
диостанций. Появилась другая альтернатива в последние годы на
КВ введена в эксплуатацию новая система радиовещания DRM (Digital
Radio Mondiale — всемирное цифровое радио). Эта система цифро-
вого радиовещания обеспечивает пользователям возможность приема
стереофонических и монофонических программ с качеством близким к
УКВ ЧМ радиовещанию при уровнях сигнала меньших, чем при обычном
AM-вещании. При этом возможна также передача всем или некоторым
пользователям речевых сигналов и дополнительной текстовой и графи-
ческой информации [49, 168, 228].
Ширина полосы сигнала DRM согласована с сеткой частот AM диа-
пазонов, предусмотрено шесть частотных вариантов: 9 и 10 кГц — ос-
новные режимы, а также половинные (4,5 и 5 кГц) и удвоенные (18 и
20 кГц) значения. При необходимости система DRM обеспечивает сов-
местную передачу в одном канале сигнала цифрового радиовещания
и аналогового вещательного сигнала с амплитудной или однополосной
модуляцией (всего имеется 12 вариантов комбинирования спектров).
Возможна организация DRM вещания сетью передатчиков, которые ра-
ботают в синхронном режиме на одной и той же частоте.
Технические решения, примененные в системе DRM, обеспечива-
ют высокую устойчивость приема сигналов при наличии неблагоприят-
ных воздействующих факторов в каналах передачи (помехи, замирания,
эффект Доплера и др.).
Сигнал DRM (рис. 5.24) представляет собой ансамбль из ортого-
нальных частотно-разделенных несущих (Orthogonal Frequency Division
Multiplexing — OFDM), при этом осуществляется параллельная передача
цифровых данных. В 10-килогерцовой полосе число несущих в зависи-
мости от режима может составить от 88 до 226, длительность переда-
ваемого символа (информационного с защитным интервалом, который
Рис. 5.24. Группа ортогональных частотно-разделенных несущих
168
Глава 5
снижает чувствительность к помехам, вызванных многолучевым распро-
странением радиоволн) может варьироваться от 16,6 до 26,6 мс.
Метод модуляции каждой несущей 4-QAM, 16 QAM или 64 QAM с
избыточным кодированием (отсюда дополнительная буква С в аббреви-
атуре COFDM) в зависимости от установленной степени помехозащи-
щенности. Процесс одновременной модуляции большого числа несу-
щих осуществляется математически с помощью прямого и обратного
преобразования Фурье,
Входной звуковой сигнал с целью сокращения избыточности под-
вергается кодированию по стандарту MPEG-4, скорость цифрового по-
тока, поступающего в кодер канала, составляет 4...24 кбит/с.
Связь на КВ. Подавляющее число аналоговых связных радиостан-
ций КВ диапазона работают в режиме однополосной амплитудной мо-
дуляции, используется нижняя боковая полоса (LSB) или верхняя (как
правило, выше 10 МГц) боковая полоса (USB) [67]. Реже используется
аналоговая узкополосная частотная модуляция (NFM) и обычная AM в
полосе 3 или 6 кГц (АМЗ или АМ6).
Однополосная модуляция применяется радиолюбителями в опре-
деленных участках выделенных им полос, а также сухопутной подвиж-
ной и фиксированной службами, морской подвижной службой. ЧМ за-
действована у железнодорожников и в гражданском диапазоне 27 МГц,
простую AM можно услышать также в гражданском диапазоне.
К аналоговым системам, работающим на КВ, относятся и системы
передачи изображений (факсмиле): метеокарт, иероглифического тек-
ста и т.д. Сигнал с разверткой изображения модулирует поднесущую
по частоте, эта поднесущая в свою очередь является модулирующим
колебанием для амплитудной модуляции основной несущей. Излуча-
ется одна боковая полоса, несущая частично или полностью подавля-
ется. Ширина полосы составляет при этом 3 или 2 кГц. Существу-
ют также системы факсмиле с непосредственной частотной модуля-
цией основной несущей, как правило, с девиацией 400 Гц (передачу
только уровней черного и белого ЧМн сигналом можно уже рассмат-
ривать как цифровую).
Основным направлением развития КВ радиосвязи является даль-
нейший переход на системы передачи дискретной информации [93],
которые постоянно совершенствуются. Скорость передачи 9600 бод в
канале шириной 3 кГц уже не является пределом, широко внедряются
методы автоматической адаптации к условиям распространения радио-
волн и уровню помех в канале, увеличивается достоверность передачи
данных за счет различных способов кодирования.
В настоящее время в КВ диапазоне наблюдается большое разно-
образие цифровых сигналов, насчитывается несколько десятков про-
токолов цифровой связи составляет [55-57, 236]. Их наименования
частично отражают используемые в них технологии передачи данных.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
169
Классификация протоколов возможна по применяемой модуляции сиг-
нала: FSK, PSK или QAM; по режиму и методу передачи данных: син-
хронному или асинхронному, непрерывному или блочному; по алфавиту
сообщений; по числу каналов; по методу кодирования: с перемеже-
нием, блочному, каскадному; по способу адаптации: аппаратному —
выбору канала с лучшими характеристиками или в заданной последо-
вательности или структурному — изменению скорости и модуляционно-
временных параметров передачи. В табл. 5.3 перечислены некоторые
из цифровых видов КВ связи.
Самым простым и дольше всех используемым цифровым протоко-
лом, если не считать азбуки Морзе, является протокол радиотелетайпа
(Radio Tele TYpe — RTTY). В отличие от неравномерного кода Морзе
применяемый в RTTY алфавит Бодо состоит из набора пятиразрядных
комбинаций. Общее число таких комбинаций составляет 2 й = 32, что
достаточно для передачи латинских букв. Чтобы передать цифры и дру-
гие символы, последовательно используется дополнительный цифро-
вой регистр (те же 32 комбинации, но с другим смысловым значением),
переход в который осуществляется с помощью специального симво-
ла. Обратный переход возможен после передачи другого аналогичного
символа. Существуют адаптации алфавита ITA2 (International Teleprinter
Alphabet) для национальных алфавитов: арабского, китайского и кирил-
лицы. Также есть варианты совместной работы с латинским алфавитом
с переключением в так называемый третий регистр для национального
алфавита путем передачи символа, который обычно не задействован.
Асинхронный режим работы протокола RITY исторически связан с
гем, что на первых порах передавалась информация, набираемая вруч-
ную с клавиатуры побуквенно, поток данных не имел длительной ре-
гулярной структуры. Для правильной работы механического телетайпа
перед печатью символа требовалось подавать стартовую посылку. Ее
длительность равняется длительности одной информационной посылки,
что, в частности, для скорости передачи 45,45 бод (радиолюбительский
стандарт) составляет 22 мс. После передачи информационных посылок
символа следует стоповая посылка с полярностью, обратной стартовой,
по протоколу ее длительность может быть одинакова с информацион-
ной или превышать ее в 1,5 или 2 раза. На КВ применяется полуторная
длительность, дающая максимальную помехоустойчивость.
Протокол RTTY использует частотную манипуляцию. Существуют
разные трактовки того, какую из частот считать частотой нажатия (пе-
редача 1) и какую частотой отжатия (передача 0), каким уровнем пере-
давать стартовую и стоповую составляющую [201]. Поэтому средства
для приема RTTY, как правило, предусматривают несколько вариантов
и даже могут иметь настраиваемую маску для инвертирования отдель-
ных битов сигнальной комбинации.
Протокол RTTY не предусматривает защиты от ошибок, поэтому пе-
редаваемая информация, как правило, неоднократно повторяется. Од-
170
Глава 5
со
ю
го
S
со
V
S
го
о;
со
о
X
d
s
со
ф
X
m
О
о.
©•
JS
Скорость передачи, бод 45,45; 50; 75; 100; 150: 200 48; 64; 72; 86; 96; 144: 192; 288 96; 144; 192; 288; 384 31,25 100 100 200 (DBPSK); 400 (DQPSK); 600 (D8-PSK); 800 (D16-PSK) 15,625 375 125; 250; 375; 500; 750 (31,25 символ/с) 500; 1000; 1500; 2000; 3000 (62,5 символ/с) 96; 144; 192 -ten- ОПП. слп. -tnnn. 1 1 'JV| OVU, VUU, I2LUU, 2400; 4800 (без кодирования) 75; 150; 300: 600; 1200; 2400 3200, 4800. 6400, 8000, 9600, 12800 бит/с (без кодирования) 1200 (16x75); 1733 (39x44,44)
Алфавит (XI со Jr «Xi 4" 4"= L ю — н = = — 4" <CM(XjO2'O-OOOc<j . р < < СП — < « — СО (Л со < 1 - Н Н<О □ << < н “ “ о СО < Кодирован- ная речь
Режим и метод передачи Асинхронный, поток данных Синхронный, поток данных То же - X “XX - X 5 5 5 х X >5 3 хх £ I х хх X X ф I х I Ф XX X ГО v Дго ГО V X го О С[ * °С1 С[ * О с[ I о-^-о 9- v о Q- _ ? х •“ х о х г- х о 5 о s и о J н Д q о о с: До и со < с: in и с । ill
Разнос частот, Гц 85; 125; 170; 325; 400; 425; 450; 800; 850 400 400 170; 300; 400; 850 200 200 (2 тона) 15,625 (16 тонов) 250 (8 тонов) 125 (4 тона) 250 (8 тонов) 80; 170 (3 канала с раз- носом 650 или 680 Гц) 56,25 (OFDM 39 тонов: 675...2812,5 Гц) + доп- леровский тон 393,75 Гц 4/16/39 OFDM
Модуляция * * * * * <Р СП СП Ф . \z "5 Q_ х/* чу/ р л CL ч¥/ -С <2 * * со со< < * ОС0<Р т^<СС СО СО (О <^СО СО п Ш СО о_ О- . ^> О CL U- LL и_ Ц. U_ q s ш О X £ (О COCO СО CD ср СО со О. О_ О. О- СП то
Название ш _l- >. < то < S Т- < < Q хг —- —'IE > Т О < “ “о> Г- Е § § ° ° 2 сс =г 7 7 7^^ ~ < сссс 7 о т т е; со со со О О § ч <5g у 2 г § S s а«° %% £ ^з з а г т < и. о_ со то. Р го о u_ S 2 2> со со
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
171
ним из способов защиты от ошибок является технология ARQ (Auto
ReQuest) — автоматический перезапрос сообщения при обнаружении
ошибки или передача подтверждения при правильном приеме. Ошибка
обнаруживается, например, при нарушении паритета нулей и единиц 3:4
в алфавите ITA3 (код Мура), проверкой на четность в алфавите ITA2-P
или с помощью вычисления контрольной суммы блока данных. При
непрерывной передаче данных технология ARQ обеспечивается за счет
дуплекса, при передаче блоками возможен симплекс или полудуплекс.
Относительная ошибка при использовании ARQ равна 10-5, тогда как в
обычных системах этот показатель на уровне 10”2.
Еще одним методом защиты служит применение различных ал-
горитмов избыточного кодирования с помощью кодов, исправляющих
ошибки (Forward Error Correction — EEC). Он требует лишь односторон-
ней линии связи, поскольку в этом случае контрольный бит четности
служит как для обнаружения, так и исправления ошибок. Улучшает про-
цесс исправления ошибок псремежение символов и битов во времени,
это превращает групповые ошибки на интервале замирания в одиноч-
ные. разрозненные. Одним из методов FEC является передача каждого
символа дважды со сдвигом на определенное число символьных пози-
ций. Возможно и совместное применение технологий FEC и ARQ.
Увеличивает надежность передачи данных также адаптивный выбор
наилучшей рабочей частоты ALE (Automatic Link Establishment). Соглас-
но стандарту MIL-STD-188-141A эта технология предусматривает обзор
заранее запрограммированных рабочих частот со скоростью 2-5 кана-
лов в секунду после вызова станции (станций) с трехкратным обменом
служебными сообщениями (кодовыми словами из 49 бит) в виде то-
нальных посылок (8 тонов длительностью 8 мс). После оценки качества
канала по вероятности ошибки, отношению сигнал/шум и многолуче-
вости делается выбор лучшей частоты, и оборудование переключается
на высокоскоростную передачу данных или голосовую связь. Хранение
ранжированных сведений о прохождении на разных частотах в зависи-
мости от времени суток сокращает период установления связи.
Другим методом частотной адаптации является автоматическая пе-
рестройка по частоте (Frequency Hopping — FH). Частотные скачки мо-
гут происходить при ухудшении качества канала в выделенной полосе
или наборе полос по заранее заданному алгоритму, например в сосед-
ний канал или полосу. Такие скачки происходят достаточно медленно,
несколько раз в секунду Этот же метод может быть использован для
повышения скрытности передач, в этом случае число скачков в единицу
времени будет существенно больше.
Существует ряд протоколов (например, семейство PACTOR и CLO-
VER), обеспечивающих автоматическую адаптацию к условиям канала
за счет изменения скорости передачи информации. Это может быть
осуществлено простым увеличением длительности битовой посылки в
2 раза (PACTOR), изменением вида модуляции и кода (PACTOR-II, CLO-
172
Глава 5
VER-II, CLOVER-2000), а также изменением числа поднесущих с 2 до
18 при изменении скорости с 200 до 3600 бит/с в канале 2,4 кГц (РАС-
TOR-III).
Современные КВ модемы с высокими скоростям передачи, приме-
няющие методы фазовой и квадратурной амплитудной модуляции оди-
ночной несущей и технологию OFDM, также обладают свойством адап-
тивности.
5.4. Сигналы радиоэлектронных
средств УКВ диапазона
Сигналы УКВ диапазона (выше 30 МГц). В этом диапазоне наи-
более устойчив радиоприем в пределах прямой видимости передатчика
и приемника. При этом в ближней зоне происходит интерференция
прямой волны с волнами, отраженными от земной поверхности, а в
дальней — интерференция с переизлучениями, например, от разного
рода сооружений. Следствием интерференции является наличие ми-
нимумов и максимумов напряженности поля на открытой местности,
в городе, внутри зданий.
При распространении проявляется также рефракция (отклонение
направления распространения радиоволн в атмосфере от прямолиней-
ного за счет изменения показателя преломления от высоты) и дифрак-
ция (огибание радиоволнами препятствий), которая больше выражена в
метровом диапазоне. Дальность связи вследствие этих факторов воз-
растает примерно на 15 % по сравнению с расстоянием до линии го-
ризонта и при нормальных условиях оценивается приближенной форму-
лой [79]
Г = 4,12(\/ЛГ + , (5.27)
где г — дальность связи, км; hlt h2 — высоты установки антенн пе-
редатчика и приемника, м.
Так, например, если радиосвязь устанавливается между двумя пор-
тативными радиостанциями с достаточной мощностью передатчика и
чувствительностью приемника, когда высота расположения антенн при-
емника и передатчика приблизительно соответствует 1,5 м, то дости-
жимая дальность будет составлять около 10 км на открытой местно-
сти. Если антенна одной из станций установлена на высоком здании,
то дальность устойчивой связи может достигать 60...70 км.
В городе из-за затенения зданиями напряженность поля метро-
вых и дециметровых радиоволн меньше, чем на открытой местности
в 3...5 раз, для сантиметровых волн ослабление еще выше. В зда-
ниях ослабление поля может составлять от 2 до 30 раз относительно
уровня над крышей. Более точные оценки напряженности поля в город-
ских и пригородных районах можно получить, например, с помощью
модели Хата [230, 258].
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
173
Иногда при определенных атмосферных условиях наблюдается
сверхрефракция, и УКВ радиоволны могут распространяться на боль-
шое расстояние (более 1000 км), в том числе в так называемом атмо-
сферном волноводе (сантиметровый и дециметровый диапазоны).
Кроме того, имеет место диффузное рассеивание (переотражение)
радиоволн УКВ диапазона на вихревых и слоистых неоднородностях
тропосферы (в сторону первоначального движения волны). Напряжен-
ность тропосферной составляющей поля (результат интерференции по-
лей, переизлученных большим числом неоднородностей) мала и сильно
зависит от времени. Обычно область этой составляющей находится на
расстоянии 100... 1000 км от передающей станции.
Метровые радиоволны при некоторых обстоятельствах могут от-
ражаться от регулярного F2 и спорадического Ес слоев ионосферы и
рассеиваться на турбулентных неоднородностях ионосферы (аналогич-
но тропосферному рассеянию). Зона приема ионосферной составляю-
щей поля лежит в 800...3000 км от передатчика, напряженность поля не-
велика.
Существуют также системы связи с использованием отражения УКВ
волн (в частности, в диапазоне 30...60 МГц) от кратковременных иони-
зированных следов метеоров.
При распространении сантиметровых радиоволн сказывается по-
глощение водяными парами и рассеяние атмосферными осадками.
Радиовещание. В метровом диапазоне организовано качествен-
ное звуковое моно- и стереовещание с использованием частотной мо-
дуляции. На сегодняшний день в России существуют два стандарта ве-
щания OIRT (восточноевропейский) и CCIR (западноевропейский). При
обозначении стандартов указаны аббревиатуры организаций, их реко-
мендовавших: Международной организации по радиовещанию и те-
левидению, вошедшей в 1993 г. в Европейский союз вещания (EBU),
и Международного консультативного комитета по радиовещанию, с
1992 г. — Сектора радиосвязи МСЭ (ITU-R).
Для первого стандарта полоса частот вещания 65,9...74 МГц. Номи-
нальная девиация частоты составляет 50 кГц, диапазон передаваемых
звуковых частот 31,5... 15000 Гц. В стереоварианте (совместимом с мо-
норежимом) дополнительно используется полярная амплитудная моду-
ляция поднесущей частоты 31,25 кГц (с помощью коммутации поочеред-
но модулируется ее отрицательная и положительная полуволна правым
и левым каналом звукового сигнала, результатом чего является моду-
ляция сигналом разности каналов). В целях помехоустойчивости вводят
предыскажения — поднимают уровень высокочастотных составляющих
спектра звукового сигнала (на 15 дБ при 15 кГц). Поднесущую часто-
ту подавляют в 5 раз (на 14 дБ), девиация сигнала при наличии одной
поднесущей не превышает 10 кГц.
Сетка частот кратна 30 кГц (65,9 + 0,03/г. МГц), но частотный разнос
между станциями должен исключать взаимные помехи. Полоса частот
174
Глава 5
при передаче данного сигнала ЧМ вещания согласно (5.9) в монорежиме
составляет 130 кГц, в стереорежиме — не менее 192,5 кГц.
В западноевропейском стандарте используется полоса частот
87,5... 108 МГц, девиация частоты равна 75 кГц. Диапазон передава-
емых звуковых частот 40... 15000 Гц. В стереорежиме сигнал разности
левого и правого каналов передается с помощью амплитудной модуля-
ции поднесущей 38 кГц. Сама поднесущая практически полностью (не
менее чем на 40 дБ) подавляется, а для ее восстановления при приеме
в сигнале имеется так называемый пилот-тон 19±0,002 кГц. Девиация,
связанная с пилот-тоном, не превышает 7,5 кГц. Общая полоса частот
сигнала для стандарта CCIR в монорежиме составляет 180 кГц, в сте-
реорежиме 256 кГц. Сетка частот кратна 100 кГц. В настоящее время
вещание с пилот-тоном применяется и в диапазоне OIRT, что связано
с использованием импортного оборудования.
Минимальная напряженность поля для качественного приема сиг-
нала ЧМ вещания составляет за пределами города для моновещания
48 дБмкВ/м, для стереовещания 54 дБмкВ/м, в городе, с учетом допол-
нительных помех, 70 и 74 дБмкВ/м соответственно.
В последнее годы в ЧМ радиовещании используют системы пере-
дачи дополнительной информации на добавочных поднесущих.
Для нижнего диапазона УКВ отраслевой стандарт ОСТ 45.125-99
[121] регламентирует применение уплотнения вещательного канала
УВК-2 с двумя поднесущими — 46,875 и 78,125 кГц (использоваться
могут как обе, так и любая из частот), а также системы «Радиотекст» на
поднесущей 46,875 кГц. В первом случае применяется частотная моду-
ляция поднесущих с девиацией 10 кГц, полоса сигналов дополнитель-
ной информации 30... 10000 Гц, при передаче данных на 78,125 кГц ско-
рость передачи равна 19 кбит/с. «Радиотекст» использует относитель-
ную бинарную фазовую манипуляцию (0ФМн2) поднесущей 46,875 кГц
с тактовой частотой 732 Гц. Девиация частоты несущей, вызываемая
суммарным "сигналом, может быть увеличена до 60 кГц.
Для систем второго стандарта разрешено применение: уплотне-
ния вещательного канала УВК-2 (возможно использование только од-
ной поднесущей 78,125 кГц); системы передачи данных RDS (Radio Data
System) на поднесущей 57 кГц (третья гармоника пилот-тона); системы
передачи дорожной информации ARI (Autofahrer Rundfunk Information)
также на поднесущей 57 кГц, возможно совместно с RDS; системы
передачи дополнительной информации SCA (Subcarrier Communication
Allocation) на поднесущей 67 кГц (в других странах также на 92 кГц).
В системе SCA используется частотная модуляция с девиацией
6 кГц, полоса частот дополнительного сигнала 30...6000 Гц. В систе-
ме ARI сигналы опознавания программ передаются с помощью отдель-
ных тонов в диапазоне 23...54 Гц, они модулируют по амплитуде под-
несущую с глубиной 60 %. В системе RDS применяется амплитудная
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
175
модуляция с подавленной (не менее чем на 50 дБ) несущей. Модулиру-
ющим сигналом в этом случае является двухполярный импульсный сиг-
нал, пропущенный через фильтр с косинусной амплитудно-частотной ха-
рактеристикой. При передаче единичного уровня полярность импульс-
ного сигнала меняется с положительной на отрицательную, при пере-
даче нуля — соответственно наоборот. Исходные данные подвергаются
относительному кодированию. Скорость передачи информации в систе-
ме RDS составляет 1187,5 бит/с, при этом ширина спектра по уровню
—60 дБ равна 4,8 кГц. Фаза поднесущей 57 кГц с точностью 10° должна
или совпадать с фазой третьей гармоники пилот-тона, или быть с ней
в квадратуре. При совместном использовании систем RDS и ARI две
поднесущие с такой же точностью должны быть в квадратуре [220].
Стандарт RDS является многофункциональным, он позволяет пе-
редавать информацию различных видов. Среди них опознавание ра-
диостанций, радиопрограмм, информация об альтернативных частотах,
расписание программ, дорожная информация, радио текст, данные вре-
мени, сигналы предупреждения об опасности, различная справочная ин-
формация, прозрачный канал данных для передачи сообщений, радио-
пейджинг.
В 1997 г. в дополнение к RDS в качестве общеевропейского стан-
дарта ETS 300 751 принята система высокоскоростной (16 кбит/с) пе-
редачи данных DARC (Data Radio Channel) на поднесущей 76 кГц (чет-
вертая гармоника пилот-тона). Ее основой послужил протокол одно-
именной японской системы. В системе DARC используется ЧМн с ми-
нимальным сдвигом и с регулированием уровня (LMSK). Уровень под-
несущей меняется линейно между двумя крайними значениями, кото-
рые определяются уровнем разностного стереосигнала. Если девиа-
ция радиосигнала, вызванная сигналом разности аудиоканалов, мень-
ше 1,875 кГц, то девиация, вызываемая поднесущей системы, равна
3 кГц, если девиация радиосигнала, связанная с разностным сигналом,
равна 3,75 кГц, то девиация, определяемая поднесущей, должна быть
не более 7,5 кГц. Полоса частот, занимаемая системой DARC, равна
35 кГц по уровню —20 дБ [217].
Возможности DARC расширены по сравнению системы RDS за счет
как имеющихся служб, так и создания новых: определения на мест-
ности по глобальной системе позиционирования (GPS) с дифференци-
альными поправками, снижения риска на дорогах, электронная почта,
голосовой пейджинг (MobiDARC) [107].
Альтернативой обычному аналоговому вещанию в УКВ диапазоне
является цифровое звуковое радиовещание. В качестве общеевро-
пейского стандарта Европейским союзом вещания утверждена система
T-DAB (Terrestrial Digital Audio Broadcasting). Этот формат, как и цифро-
вое КВ DRM вещание, использует для передачи метод COFDM. Число
несущих при этом определяется режимом, связанным с используемой
176
Глава 5
частотой вещания и объемом передаваемого информационного пото-
ка, и может варьироваться от 192 до 1536. Для модуляции несущих
применяется относительная фазовая манипуляция тг/4-DQPSK, она осу-
ществляется вычислительными методами. Полоса сигнала составляет
1,54 МГц, защитные частотные промежутки между сигналами DAB со-
ставляют около 200 кГц. Длительность одного OFDM символа (инфор-
мационного плюс защитный интервал) может принимать значения от
0,156 до 1,25 мс. Для новой технологии радиовещания рекомендованы
диапазоны частот 174...230 и 1452. 1492 МГц. Требуемые минималь-
ные напряженности поля вне города равны для этих диапазонов 58 и
66 дБмкВ/m соответственно [168, 226].
Качество звука, обеспечиваемой системой DAB, сравнимо с обыч-
ным ЧМ вещанием даже при мобильном приеме. При этом па одной
частоте возможна одновременная трансляция в едином цифровом по-
токе со скоростью 1,168 Мбит/с (2.4 Мбиг/с с учетом избыточного коди-
рования) от 4 до 9 стереофонических программ (при разном качестве)
и дополнительных данных различного характера. Исходные звуковые
сигналы подвергаются кодированию по стандарту MPEG-1 Audio Layer
2 (MUSICAM), скорость цифрового потока аудиоданных может меняться
от 8 до 384 кбит/с на канал. На настоящий момент в России веща-
ние в формате DAB ограничено только опытными передачами, широкое
внедрение сдерживается по экономическим причинам.
Телевидение. Наземное телевизионное вещание осуществляет-
ся в диапазоне метровых (48.5...230 МГц) и дециметровых волн (470...
...790 МГц), с разбиением на поддиапазоны (общая частотная сетка те-
левизионных каналов дана в табл. 5.26):
I поддиапазон — 48,5...66 МГц (радиоканалы 1 и 2);
II поддиапазон — 76... 100 МГц (радиоканалы 3-5);
III поддиапазон — 174. .230 МГц (радиоканалы 6-12),
IV поддиапазон — 470...582 МГц (радиоканалы 21-34);
V поддиапазон — 582...790 МГц (радиоканалы 35-60).
Нижняя граница частотного диапазона обусловлена технической
эффективностью передачи и приема видеосигнала с максимальной ча-
стотой спектра 6 МГц; необходимо, чтобы несущая радиосигнала в
несколько раз превышала эту частоту.
В крупных городах существуют также системы распределения про-
грамм телевидения MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Systems),
в которых сигналы группы каналов (например, 24) передаются в диа-
пазоне частот 2500...2700 МГц для последующего приема и исполь-
зования в кабельных сетях.
Несущая изображения модулируется по амплитуде полным яркост-
ным телевизионным сигналом, нижняя боковая полоса частично подав-
ляется, а несущая звукового сопровождения модулируется по частоте
аудиосигналом (30... 15000 Гц) с девиацией 50 кГц, при этом также воз-
можно использование поднесущих.
Зиды модуляции и сигналов в современных РЭС
177
А и
6,5
Рис. 5.25. Спектр теле-
визионного сигнала
На рис. 5.25 представлена огибающая спектров радиосигналов
изображения и звукового сопровождения Наименьшая полоса частот
радиоканала изображения составляет 7,625 МГц (ослабление составля
ющих 1,25 и 6,375 МГц относительно несущей на 20 дБ), а радиоканала
звукового сопровождения 0,25 МГц. В применяемом в России стандар-
те D/К разнос несущих частот звука и изображения 6,5 МГц (несущая
частота изображения меньше несущей частоты звука); номинальная ши-
рина полосы частот радиоканала ТВ вещания 8 МГц; отношение мощ
ностей несущих изображения и звука (5:1 - 101).
Энергия спектральных составляющих сигнала быстро убывает с ро-
стом частоты, размах ВЧ составляющих видеосигнала обычно невелик.
Поэтому именно в этом участке видеоспектра располагают цветовые
поднесущие частоты (частотно модулированные для системы СЕКАМ
4,250 и 4,40625 МГц).
Спектр видеосигнала дискретен, содержит гармоники, кратные ча-
стоте повторения строк. Вокруг этих гармоник строчной частоты груп-
пируются достаточно узкие полосы сигналов боковых частот, обуслов-
ленных кадровой разверткой и движением деталей изображения Гар-
моники строчной частоты со своими боковыми образуют дискретные
зоны, несущие информацию о передаваемом изображении.
Использование стереозвука для телевещания в России в недалеком
прошлом ограничивалось в основном экспериментами. Стереорежим
реализовывался методом, близким к УКВ радиовещанию [99]. Но такой
способ предъявляет к телевизионному передатчику серьезные дополни-
тельные требования по интермодуляции Инженерами английской теле-
радиокомпании ВВС в 1986 г. был разработан цифровой вариант сте-
реопередачи звукового сопровождения NICAM 728 (Near Instantaneous
Companded Audio Multiplex). Система имеет следующие параметры:
частота дискретизации 32 кГц, квантование по уровню при передаче
10 бит, т.е. 1024 отсчета, полоса звуковых частот 30... 15000 Гц. Вме-
сте со служебными сигналами скорость цифрового потока составляет
728 кбит/с. Этот поток модулирует поднесущую 5,85 МГц методом от-
носительной фазовой манипуляции DQPSK, при этом ширина спектра
178
Глава 5
700 кГц по уровню —30 дБ. Параллельно для совместимости с моноге-
певизорами передается обычная часгогно-модулированная поднесущая
звука. Отношение мощностей максимального значения несущей изоб-
ражения и цифрового модулированного сигнала звука составляет для
стандарта D/K 500:1 [224].
Цифровые технологии идут на смену и аналоговой передаче изоб-
ражения. В России до 2016 г. предполагается переход эфирного теле-
вещания на европейский стандарт цифрового наземного телевидения
DVB-T (Digital Video Broadcasting) в диапазоне дециметровых волн (21 —
69 канал). К настоящему времени уже организовано опытное цифро-
вое телевещание в Москве и Санкт-Петербурге. Стандарт DVB-Т ос-
нован на упоминавшейся ранее технике COFDM. Число ортогональных
несущих может быть равно 1705 (режим 2К) и 6817 (режим 8К). Дли-
тельность информационного символа с защитным интервалом в первом
случае может меняться от 231 до 280 мкс, во втором режиме от 924
до 1120 мкс. Несущие математически модулируются по методу QPSK,
16-QAM и 64-QAM с равномерным и неравномерным расположением
информационных векторов в зависимости от скорости цифрового пото-
ка и требуемой степени избыточности. Скорость передачи данных (без
избыточности) изменяется от 4,98 до 31,67 Мбит/с, что позволяет пе-
редавать одновременно 4 программы при использовании кодирования
видеосигнала по стандаргу MPEG-2. Ширина полосы передаваемого
сигнала составляет около 7,61 МГц [174, 176, 227]
Связь на УКВ. Диапазон УКВ в настоящее время насыщен различ-
ными системами связи с большим разнообразием услуг и возможно-
стей. На УКВ функционирует связь на основе обычных радиостанций с
узкополосной ЧМ (иногда со скремблированием — инверсией спектра),
действуют автоматические сети связи с аналоговой и цифровой пере-
дачей речевой информации, развернуты системы беспроводной пере-
дачи данных. В участках, выделенных радиолюбителям, применяются
различные виды сигналов: узкополосная ЧМ, однополосная AM, теле-
граф, цифровые виды.
Узкополосная ЧМ в наиболее простом виде может применяться в
технологических целях на территориях не очень протяженных объектов
(до 4 км) небольшими группами людей. Как правило, используется одна
и та же частота, выход в эфир осуществляется поочередно (симплекс),
возможно наличие системы индивидуального или группового вызова,
например тональной. При необходимости работы в условиях больших
производственных комплексов, в пределах крупного города (дальность
30...50 км) дополнительно может использоваться диспетчерская стан-
ция (радиальная система связи) или ретранслятор (сеть ретранслято-
ров) с высоко установленной антенной. Поскольку при ретрансляции
осуществляется прием сигнала удаленной станции и перенос его на
другую частоту с усилением, необходимо использование двух частот,
разнесенных на 3...10 МГц (дуплекс, для абонентов — полудуплекс).
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
179
Подобные системы располагаются в участках диапазонов частот
30...56, 136...174, 300...308, 336...344 и 400...512 МГц. Так, напри-
мер, полоса радиочастот 154,025... 154,775 МГц предназначается для
технологической радиосвязи на подъездных путях крупных промышлен-
ных предприятий, полоса 168,100... 168 225 МГц — для радиосвязи уп-
равления автомобильным транспортом в транспортно дорожном ком-
плексе. Участок в диапазоне 433,075...434,775 МГц выделен для граж-
данской связи без частотного присвоения, но мощность радиопере-
дающих устройств в нем ограничена 10 мВт, что ограничивает даль-
ность связи до 1 км.
Отдельно надо сказать об авиадиапазоне 117,975.. 137 МГц (шаг
сетки 19,025 кГц), где для связи «борт-земля» используются радиоте-
лефонная связь с AM.
Одной из разновидностей систем связи на УКВ являются транкин-
говые (стволовые) системы. Они возникли как ответ на необходимость
более рационального использования ограниченного частотного ресурса
и объединяют пользователей в одну группу с обеспечением приоритет-
ного или общего равного автоматического доступа к системе (стволу)
радиоканалов связи по принципу обычной телефонной сети. Транкинго-
вые системы относятся к системам профессиональной подвижной свя-
зи, поскольку обслуживают главным образом ведомственных или кор-
поративных пользователей. Это в свою очередь выдвигает на первое
место требования по оперативности и надежности установления связи,
гибкости конфигурации связи между группами абонентов, обеспечению
циркулярной связи, конфиденциальности передачи информации.
Существует большое число стандартов транкинговой связи, что
позволяет развертывать как недорогие и эффективные системы, так и
сложные многозональные с большим числом пользователей. Для клас-
сификации транкинговых систем используются следующие параметры
[85]:
• способ передачи речи: аналоговый с помощью частотной модуля-
ции при разносе каналов 12,5/25 кГц или цифровой со скоростью
передачи речевых данных не более 4 8 кбит/с;
• организация доступа к системе: без канала управления со ска-
нированием для нахождения свободной линии, с распределенным
каналом управления в субтональном диапазоне 0...300 Гц или с вы-
деленным каналом управления, по которому передаются данные
со скоростью до 9,6 кбит/с;
• способ удержания канала: с удержанием канала на весь сеанс свя-
зи или с удержанием на время одной передачи;
• конфигурация радиосети: однозональные (дальность до 70 км) или
многозональные, в последнем случае различают способ коммута-
ции базовых станций — с центральным коммутатором (соедине-
ние типа «звезда»), с распределенной коммутацией или непосред-
ственное соединение,
180
Глава 5
Основные характеристики
Характеристика Алтай LTR
Область применения Полоса час гот, МГц Канал управления Время установления соединения в диспетчерском режиме, мс Число каналов в однозональных системах Предельное число пользователей Смешанная 300...308 (301,1375-305,8125) — абоненты; 336...344 (337.1375.-341,8125) — базовые станции Нет 180 Коммерческая 400...512 Распределенный, 300 бод 500 20 5000
Основные характеристики
Характеристика AEGIS (EDACS Ericsson) iDEN (Motorola)
Область применения Полоса частот, МГц Тип доступа Канальный разнос, кГц Тип речевого кодирования Тип модуляции Скорость передачи данных в поло- се 25 кГц, кбит/с Время установления соединения в диспетчерском режиме, мс Число каналов в однозональных системах « Предельное число пользователей Смешанная 800 FDMA 25 АМЕ GFSK 9,6 — общая 1000 28 16383 Коммерческая 800; 900; 1500 TDMA 25 VSELP 16-QAM 64 — общая в пакетном режиме, 6 голосовых каналов по 7,2 с кодированием 500 144 1440000
• способ организации радиоканала: симплекс, полудуплекс или дуп-
лекс; область применения: ведомственные, региональные (ком-
мерческие) или смешанные;
• число пользователей: малые системы (до 300), средние (до 3000)
и большие (свыше 3000);
• открытость протокола передачи информации;
• тип многостанционного доступа для цифровых систем: с частот-
ным (FDMA), временном (TDMA) разделением и смешанный — с
частотным и временным разделением (FDMA+TDMA).
Основные характеристики некоторых аналоговых и цифровых
транкинговых систем приведены в табл. 5.4 и 5.5 [179, 225].
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
181
Таблица 5.4
аналоговых транкинговых систем
SmartNet (Motorola) МРТ1327 EDACS (Ericsson) SmartTrunk II
Смешанная Смешанная Ведомственная Смешанная
136...174/ 136...174/ 300...344/800; (806...825 30...56/136... 174/
400...512/ 300...350/ — абоненты; 851...870 — 400...512/800/900
800/900 403...520 базовые станции)
Выделенный, Выделенный Выделенный Нет
3600 бит/с FFSK, 1200 бит/с
500 300 500 500
28 24 28 16
16383 1036800 16383 4096
Таблица 5.5
цифровых транкинговых систем
АРСО 25 I Ы НА TetraPol
Смешанная 136...174; 400...512; 800 FDMA(+TDMA) 12,5 (6,25) IMBE C4FSK (CQPSK) 19,2...9,6 на канал Смешанная 380...403; 410...490; 800 ТОМА 25 CELP тг/4-QPSK 28,8 — 4 голосовых канала по 7,2 с кодированием (36 — общая) Смешанная 136...174; 400...512 FDMA 12,5/10 RPCELP GMSK (ВТ ~ 0,25) 8x2/20
500 300 500...800
1 32 (200) 24
48000 — 28672
Самыми массовыми и стремительно развивающимися в настоящее
время являются сети сотовой связи, которые рассматриваются прежде
всего как системы индивидуальной связи. Название этого вида радио-
связи идет от основного принципа ее организации, согласно которому
зона обслуживания абонентов делится на ячейки, или соты, которые
имеют форму, зависящую от реальных условий территории. Каждая со-
та имеет свою базовую станцию (необязательно в центре), рассчитан-
ную на определенное число пользователей. При перемещении абонен-
та от соты к соте происходит эстафетная передача его обслуживания от
одной базовой станции к другой. Решение о смене станции может при-
ниматься при сравнении уровней сигнала сотового телефона на этих
182
Глава 5
Таблица 5.6
Основные характеристики стандартов сотовой связи первого
поколения (аналоговых)
Характеристика N МТ-450 AMPS
Диапазон частот, МГц Ширина полосы частот, кГц Радиус ячейки, км Число каналов абонентской станции (АС) Число каналов базовой станции (БС) Максимальная девиация в канале управле- ния, кГц Частоты используемых служебных тональных сигналов, кГц Вид сигнала на поднесущей канала управ- ления/частота поднесущей, кГц/скоросгь передачи, кбит/с Максимальная девиация в речевом канале, кГц Мощность передатчика БС, Вт Мощность передатчика АС, Вт Минимальное отношение сигнал/шум, дБ Время переключения на границе ячейки, мс 463,..467,5 (БС); 453...457,5 25 2...45 180 30 3,5 3,955/3,985/ 4,015/4,045 FFSK/1,5/1,2 5 50 (0,15) 1,5...15 15 1250 869,01.. 893,97; 824.01 848,97 30 2...20 666 96 8 5.97/6/6.03 (SAT), 8 (ST) OQPSK/7,5/10 12 45 1 12 10 250
станциях. Все базовые станции системы связаны между собой через
центр коммутации, который в свою очередь связан с другими сетями
связи. В сотовой связи широко используется принцип повторного ис-
пользования частот, т.е. одна и та же частота может использоваться
различными базовыми станциями для работы с разными абонентами
без помех Это обеспечивает значительную емкость таких систем
Принято говорить о трех поколениях сотовой связи: аналоговых
системах, уже утрачивающих свои позиции и постепенно выводимых из
эксплуатации, цифровых системах, широко использующихся на насто-
ящий момент, и перспективных универсальных системах близкого бу-
дущего, позволяющих передавать видео и мультимедийные данные со
скоростями 2... 10 Мбит/с [114, 133]. Объявлено и о разработке четвер-
того поколения сотовых сетей, под которым подразумеваются системы
мобильной связи, обеспечивающие очень высокие скорости передачи
данных (до 100 Мбит/с) на основе пакетной коммутации.
Известными стандартами аналоговых сотовых сетей являются
NMT-450 и AMPS, цифровых — GSM, D-AMPS и CDMA. Их основные
характеристики [3, 101] приведены в табл 5.6 и 5.7.
Как видно из табл. 5.7, самый популярный стандарт сотовой свя-
зи GSM (Global system for Mobile communications) использует техноло-
гию множественного доступа с разделением по времени (Time Division
Multiple Access — TDMA). Сотовые сети стандарта GSM имеются в Рос-
сии и многих других странах. В настоящее время в мире общее коли-
чество пользователей GSM сетей превышает три миллиарда. Несмотря
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
183
Таблица 5.7
Основные характеристики стандартов сотовой связи второго
поколения (цифровых)
Характеристика GSM-900/ GSM-1800 D-AMPS CDMA (IS-95)
Диапазон частот, МГц Метод доступа Число речевых каналов Разнос каналов, кГц Вид модуляции Радиус ячейки, км Общая скорость переда- чи информации, кбит/с Скорость преобразова- ния речи, кбит/с Алгоритм преобразова- ния речи Скорость передачи дан- ных для абонента, кбит/с Минимальное отношение сигнал/шум, дБ Мощность передатчика БС, Вт (категория) Мощность передатчика АС, Вт (категория) 935,2.. .959,8; 890,2...914,8/ 1710...1785 ТОМА 8/16 200 GMSK (ВТ=0,3) 0,5...35/до 10 270,833 13 RPE-LTR 9,6 9 2,5 (8); 20 (5); 320 (1) До 0,8 (5); ДО 20 (1) 869,01...893,97; 824,01 ...848,97 ТОМА 3 30 тг/4-DQPSK 0,5...20 48 7,95 VSELP 9,6 16 25...50 0,6 873...876 828...831 СОМА До 62 (практически на несущую 20 при мобильной связи) 1250 QPSK/OQPSK 0,5...25 1288 9,6 CELP 14,4 6 2...20 До 0,2
на активное развитие технологий сотовых систем следующих поколе-
ний, GSM сети будут использоваться еще продолжительное время бла-
годаря своей надежности, дешевизне, достаточной для большинства
пользователей функциональности, развитой инфраструктуре. Структу-
ра GSM сигнала рассмотрена в разд. 5.5.
Технология множественного доступа с кодовым разделением CDMA
(Code Division Multiple Access) стандарта IS-95 основана на принци-
пе расширения спектра методом прямой последовательности (DSSS —
Direct Sequence Spread Spectrum). Каждый информационный бит заме-
няется фиксированной для каждого канала двоичной комбинацией опре-
деленной длины, 1 и 0 различаются полной инверсией битов этой длин-
ной последовательности. Обязательным условием разделения каналов
является ортогональность используемых в них кодовых последователь-
ностей, таких, как последовательности Уолша [36] или М-последова-
тельности. Особенностью сотовой системы связи CDMA являются жест-
кие требования к синхронизации и стабильности частоты, для чего на
базовых станциях осуществляется коррекция по сигналам GPS. Другая
особенность — это необходимость выравнивания мощностей абонент-
184
Глава 5
ских станций в месте приема, на базовой станции, поскольку именно от
этого фактора зависит реальная емкость и дальность действия систе-
мы. Для такого выравнивания осуществляется дистанционное управле-
ние мощностью передатчиков абонентов как в прямом, так и в обратном
каналах, при этом диапазон регулировки составляет 84 дБ, а градация —
1 дБ. Структура CDMA сигнала более подробно рассмотрена в разд. 5.6.
Стандарг CDMA IS-95 (или cdmaOne) имеет модификацию IS-95b,
которая позволяет объединять до 8 каналов базовой станции с макси-
мально достижимой скоростью передачи данных до 115 кбит/с и преду-
сматривает точность контроля мощности до 0,25 дБ.
Дальнейшая эволюция стандарта происходит в рамках проекта
cdma2000. Модификация cdma2000 1х имеет дополнительную группу
каналов с ортогональным сдвигом несущей (ранее планировалось для
IS-95c), что вдвое увеличивает частотную эффективность системы при
сохранении обратной совместимости с предыдущими версиями стан-
дарта. Скорость передачи данных составляет 144 кбит/с. В варианте
cdma2000 1xFV-DO (Single carrier Evolution — Data Only) применение мо-
дуляции ФМн8 (ранее планировалось для IS-95C-HDR) увеличивает ско-
рость передачи данных в прямом канале до 2,4 Мбит/с. В следующей
версии cdma2000 1xEV-DV (Single carrier EVolution — Data and Voice) су-
ществует возможность одновременной передачи речи и данных за счет
динамического выделения каналов и модуляции еще более высокого
порядка (16-QAM). Максимальная скорость передачи данных при этом
3,1 Мбит/с, что удовлетворяет требованиям к третьему поколению со-
товой связи 3G. Следующий этап развития cdma2000 Зх (6х, 9х) преду-
сматривает увеличение спектральной полосы или при использовании
нескольких несущих, или за счет увеличения скорости передаваемого
цифрового потока (3,6864 Мбит/с для полосы 5 МГц).
В России стандарт cdma2000 внедряется как CDMA-450 под мар-
кой SkyLink для замены аналогового стандарта NMT-450 в диапазоне
453,0...457,4/463,0 ..467,4 МГц.
Европейский вариант 3G сотовых сетей UMTS (Universal Mobile Tele-
communications System) также предусматривает использование техноло-
гии кодового разделения в стандарте WCDMA (Wideband CDMA). Глав-
ные отличия WCDMA от cdma2000 заключаются в скорости цифрового
потока (3,84 Мбит/с), в структуре прямого канала и асинхронной ра-
боте базовых станций за счет использования кодовых последователь-
ностей Голда. Диапазон работы систем WCDMA лежит в районе 2 ГГц
(1920... 1980/2110...2170 МГц), полоса частот составляет 5 МГц.
Еще одним элементом концепции сотовых сетей третьего поколе-
ния рассматривается третье поколение беспроводных телефонов стан-
дарта DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), который поз-
воляет создавать так называемые микросотовые системы связи. Основ-
ные характеристики стандарта DECT и предыдущих поколений беспро-
водных телефонов [76, 113] приведены в табл. 5.8.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
185
Таблица 5.8
Основные характеристики беспроводных телефонов
Характеристика СТ1 СТ2 (СТ2+) стз DECT
Диапазон, МГц 900 864...868,2 (944...952) 862...866 1880... 1900
Число частотных каналов 40 До 6 4 10
Ширина канала, МГц 0,05 0.1 1 1,728
Метод доступа FDMA FDMA (TDD) MC/TDMA (TDD) MC/TDMA (TDD)
Число каналов на несущую 1 8 12
Метод кодирования речи — ADPCM ADPCM ADPCM
Скорость кодирования речи, кбит/с — 32 32 32
Модуляция ЧМ GFSK (ВТ = 0,5)
Отклонение несущей частоты, кГц 18 160 288
Скорость передачи, кбит/с — 72 640 1152
Средняя мощность абонентского телефона DECT 10 мВт, что поз-
воляет осуществлять связь внутри помещений на расстоянии до 50 м,
а на открытой местности — до 300 м. Минимальное отношение сиг-
нал/шум составляет 12 дБ.
Длительность TDMA кадра в системе DECT составляет 10 мс, 16
кадров организуются в мультикадр. Сам кадр разбит на 24 временных
сегмента по 480 битов (приблизительно 416,7 мкс). Первые 12 интер-
валов служат для передачи от базовой станции, вторые для передачи
от портативных терминалов, один дуплексный канал формируется из
интервалов, отстоящих на 12 слотов. При передаче речи используется
320 битов, остальные биты это синхрокод (32 бита), код сигнализации
(48 битов), код защиты от ошибок (16 битов), проверочные символы
(4 бита) и защитный интервал (60 битов).
Базовая станция DECT постоянно передает сигнал в течение муль-
тикадра по крайней мере по одному каналу в вещательном режиме,
выступая в качестве маяка для абонентов. В передаваемом сигнале
содержится полный набор системной информации. В системе реали-
зован принцип непрерывного динамического выбора канала (Continuous
Dynamic Channel Selection — CDCS), при котором каждый из абонентских
терминалов имеет доступ к любому из 120 каналов системы. При уста-
новлении соединения выбирается канал с наилучшим качеством связи,
впоследствии может произойти его смена в течение того же сеанса.
Это осуществляется за счет фоновою сканирования и оценки уровня
сигнала по всем частотно-временном позициям.
Для высокоскоростной передачи данных разработана специфика-
ция DPRS (DECT Packet Radio Services), которая обеспечивает асин-
хронную передачу со скоростью до 552 кбит/с.
Несмотря на успехи сотовой связи, продолжают существовать и
развиваться системы персонального вызова, или пейджинговая связь —
«мобильный телеграф». В табл. 5.9 приведены параметры основных
протоколов пейджинга [180].
186
Глава 5
Таблица 5.9 Характеристики протоколов пейджинговой связи Нумерация сооб- щений и роуминг -о л I- ь о о LU LU l C.U 1 ь Есть Есть л н о ш
Полоса канала, кГц О LO LO LO LO см см см § ю см 50 50
Модуляция 2 2 , s Ф О г- О 2 Q г s S--OO 2 -.0^-0 ф гп —г—т-ОО I if S о 2 ,zr .=* I ф 2 1? m г? V I у у V О ср S 2f Zf J гг н Е( * W I if) Ю Ю If) § хг ф * * * * ° sf О St 2 СО <0 СО 00 С 3 Q со ю to СЛ (j -t т-" v * 2 + + 1 1 СЛ LL + + | 1 СЛ со CM СМ
Скорость передачи, бод 512, 1200, 2400 6250 1ЛЛЛ Я0ЛЛ Л4ЛЛ 1 WWW 1 WC-WWj w^ww 1600, 3200, 6400 800, 9600 до 25600 112 кбит/с, цифровая Komi |рессин звука
Используемые частоты, МГц Любые пейджин- говые (135...175, 278...284, 322 ..328, 406...423, 435...480, 495...512) 169,425...169,800 (16 каналов) Любые пейджинговые угу...УЛ 1, У4Ц...У41 901...902 930...931, 940...941 901...902 930...931, 940...941 901...902
Протокол О < СЛ СЛ ш У LL О СС Zj Q. Ш LL ReFLEX25: передача на пейджеры прием с пейджеров ReFLEX50: । рта па I прием с пейджеров InFLEXion: передача на пейджеры прием с пейджеров
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
187
Для пейджинга применяются также системы RDS и MobiDARC, ис-
пользующие уплотнение в ЧМ-вещании, о них речь шла выше в разд. 5 4
В ряде случаев при отсутствии необходимой инфраструктуры свя-
зи по требованиям надежности, независимости от имеющихся связных
систем, по технологическим и экономическим причинам организуется
связь с помощью радиомодемов Для большинства задач — телемет-
рии. управления, передачи данных о местоположении и другой служеб-
ной информации для фиксированного и мобильного применения — наи-
лучшим образом подходят радиомодемы, работающие в узкой полосе
частот с относительно небольшими скоростями передачи информации.
При этом могут быть организованы радиолинии «точка-точка» и множе-
ственный доступ, например, в соответствии с протоколом АХ.25. В ка-
честве иллюстрации в табл. 5.10 приведены параметры подобных спе-
циализированных модемов канадской фирмы Dataradio.
Широкополосные радиомодемы со скоростями передачи данных
2 Мбит/с и выше находят применение в многоканальных системах, си-
стемах широкополосного фиксированного доступа (Broadband Wireless
Local Loop — BWL.L), локальных радиосетях передачи данных (Wireless
Local Area Network — WLAN) и городских радиосетях передачи данных
(Wireless Metropolitan Area Network — WMAN) [100].
Рабочие частоты таких модемов обычно лежат в пределах от
900 МГц до 5,8 ГГц (главным образом, 2,4; 3,5 и 5,8 ГГц), хотя су-
ществуют решения и для более высокочастотных участков. Излучаемая
мощность устройств составляет от 1 до 800 мВт. Радиоинтерфейс мо-
жет быть фирменным или соответствующим спецификациям стандар-
тов, предложенных Американским институтом инженеров электротехни-
ки и электроники (Institute of Electrical and Electronic Engineers — IEEE)
Топология и архитектура организуемых систем зависит от характера ре-
шаемых задач. Данные о некоторых системах широкополосного фикси-
рованного беспроводного доступа приведены в табл. 5.11 [82].
В настоящее время существуют четыре группы стандартов IEEE для
беспроводной связи Стандарты группы IEEE 802.11 определяют компо-
ненты и характеристики беспроводных локальных сетей на физическом
уровне и на уровне доступа к среде и возможности взаимодействия
с существующими сетями. Стандарты группы 802.15 определяют ха-
рактеристики взаимодействия в персональных (домашних) беспровод-
ных сетях (Wireless Personal Area Network — WPAN) и с автономными
устройствами. Группа стандартов 802.16 содержит указания по орга-
низации систем «последней мили» и беспроводных городских сетей.
Стандарт 802.20, находящийся на стадии проекта, устанавливает тре-
бования к мобильным беспроводным широкополосным сетям. Также
существует семейство европейских стандартов (ETSI) высокопроизво-
дительных беспроводных сетей HiperLAN (High Perfomance Local Area
Network). В табл. 5.12 приведены краткие сведения об упомянутых
стандартах беспроводной связи [212, 214].
Таблица 5,10
Основные характеристики узкополосных модемов Dataradio
Характеристика Integra-TR MobilPac II GeminiG3 700
Диапазон частот, МГц Шаг сетки частот, кГц Выходная мощность, Вт Максимальное время непрерывной передачи, с Чувствител ьность Скорость передачи данных, кбит/с Вид модуляции Режим работы Тип 132...174; 380,..512; 928...960 6,25; 12,5; 25 1...5 30 0 35 мкВ 2400, 4800, 9600 или 19200 (25 кГц) DRCMSK Симплекс или полудуплекс Стационарный 138...174; 400...520; 800...870; 89G...940 5...25 -110 дБм (19,2 бит/с) 9,6; 14,4 (12,5 кГц) 9,6; 19,2 (25 кГц) MSK Мобильный 792...803 (передача) (766 ..773); 762...764 (прием) 50 10...25 -95 дБм (128 кбит/с) 64, 96, 128 (50 кГц) MSK Полудуплекс Мобильный
Таблица 5 11
системы широкополосного беспроводного доступа
Характеристика Wave Net Access 2458 Wave Net Access 3500 Breeze Access 3,5 WaveGain PMP OnDemand
Производитель Диапазон, ГГц Радиоинтерфейс Полоса, МГц Модуляция Скорость передачи, Мбит/с Максимальная емкость БС Wireless 2,4/5,8 FH 17...78 GMSK 0,6 6 устройств Wireless 3,4 . 3,6 FH 1,75 4-QAM 1,625 8 устройств BreezeCOM 3,4 ..3,6 FH-CDMA 2 GFSK До 3 54 Мбит/с InnoWave ECI InnoWave FCI 3 4...3,6 DS-CDMA 5, 10, 20 8PSK До 2 96 Мбит/с P-COM 10, 24, 26, 28. 31, 38 FDMA, TDMA QPSK, 16-QAM, 64-QAM До 40 4800 Мбит/с Lucent Technologies 10, 26, 38 ATM 7, 12,5, 14 4-QAM, 16-QAM 8, 13, 16 26
п
а)
ел
Таблица 5.12
Стандарты беспроводных сетей передачи данных
Стандарт (год) Название Диапа- зон, П ц Скорость пере- дачи, Мбит/с Краткая характеристика
802.11 (1997) WLAN 2,4 (2,4... ...2,4835) 1 и 2 Радиоинтерфейс: DSSS (последовательность Баркера), FHSS. По- лоса канала 22 МГц. Модуляция DBPSK и DQPSK Доступ к среде CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance — множественный доступ с обнаружением несущей и предотвраще- нием коллизий). Сотовая архитектура. Защита данных WEP (Wired Equivalent Privacy)/WPA (Wi-Fi Protected Access)
802 11a (1999) 5 6, 12 и 24 (9, 18, 36, 48 и 54)/ (турбо до 108) Радиоинтерфейс OFDM (48 поднесущих). Модуляция BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM. Дальность связи до 50 м
802.11b (1999) Wi-Fi 2,4 5.5 и 11 (22 для ь+) Радиоинтерфейс DSSS (последовательность Баркера; ССК— Com- plementary Code Keying — кодирование комплементарным кодом). Модуляция DBPSK. DQPSK. Дальность связи до 100 м
802 11g (2002) 2.4 до 54 Радиоинтерфейс OFDM (54 Мбит/с), DSSS (последовательность Баркера; ССК; РВСС — Packet Binary Convolutional Coding — пакетное бинарное сверточное кодирование (33 Мбит/с)). Модуляция BPSK, QPSK, 16-QAM. 64-QAM. DBPSK, DQPSK. Дальность связи до 100 м. Развитие 802.11b
802.11n Проект 2.4 и 5 от 100 Расширяет возможности стандарта 802.11 с использованием MIMO и каналов с расширенной до 40 МГц полосой. Обратная совмести- мость с 802.11 a/b/g
802 15.1 Bluetooth 2,45 0,4339 симметр., Ширина полосы 23...79 МГц (в зависимости от региона). Полоса ка-
(1999) WPAN 0,7233/0,0576 ассиметр. нала 1 МГц. Радиоинтерфейс FHSS/TDD (1600 скачков в секунду). Модуляция GFSK (ВТ=0,35). Дальность связи до 10 м (класс 1), до 100 м (класс 3)
802.15.3 WPAN 2,45 до 55 (11, 22, 33 и 44) Метод модуляции OQPSK. Дальность до 100 м. До 245 пользова- телей. Низкое энергопотребление (быт. электроника, портативные мультимедиа устройства). Шифрование данных по AES128
оо
Ю
190
Глава 5
Окончание табл. 5.12
Краткая характеристика Сверхширокополосная высокоскоростная передача данных корот- кими импульсами малой мощности и низкоскоростное отслежива- ние местоположения беспроводных устройств и объектов Для автономного оборудования и бытовой техники с интегриро- ванными беспроводными датчиками и низким энергопотреблени- ем. Шифрование по AES128. Использует имеющиеся сети 802.11 и 802,15 как каналы для своего трафика. Радиус действия до 10 м Построение высокоскоростных масштабируемых фиксированных многопользовательских домашних и бизнес сетей поддержива- ющих любое оборудование. Прямая видимость. Ширина полосы канала 20, 25, 28 МГц. Модуляция QPSK, 64-QAM. Радиус соты 2...5 км (типовой) Радиоинтерфейс OFDM (256 поднесущих), OFDMA (2048 подне- сущих). Модуляция QPSK, 64-QAM. Радиус соты 6,,.9 км (макси- мально 50 км). Работа вне прямой видимости на отражениях Окончательная редакция стандартов 802.16 и 802.16а. Радиус соты до 50 км. Работа на отражениях. Ширина полосы канала 1,5...20 МГц Полоса канала 5 МГц. Радиус соты 2...5 км. Мобильность до 150 км/ч. Связь на лицензионной основе, Работа на отражениях Радиоинтерфейс OFDM. Мобильность до 250 км/ч. Ширина по- лосы каналов 2x1,25/2x5/2x10 МГц. Радиус действия до 15 км. Построение универсальных сетей на базе IP-протокола Радиоинтерфейс OFDM. Радиус действия до 100 м. Сотовая архи- тектура. Мобильность до 36 км/ч
Скорость передачи, Мбит/с ° S ? О 8=r S 2 .с, *— ’Т ° 10 2 О 1/5 Т) Ч £>5 со 1^ Г- £ СМ СМ 6 О Ч Л о о ° m » - о LZ О CM СМ 4 с ° 2 Д О со X о ™
Диапа- зон, ГГц % 2 - - р S ю- J -So о: J J О т-; со in
Название Is “ g § §8 8 §8
Стандарт (год) ГО - Ч Ч го то ф < Ш 10 (0 СО СО СО О _J т- Т- г- СМ т-СОт- т— СМ Ь- СМ CM CM g СМ о СМ СМ СМ П О О О см О см О О О СО СО СО СО -3 CD СОСО Т
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
191
5.5. Структура GSM сигнала
Процесс передачи речевых сообщений происходит следующим об •
разом [71]. Кодек речи (вокодер с долговременным линейным предска-
занием) осуществляет обработку оцифрованного звукового сигнала сег-
ментами по 20 мс (160 восьмиразрядных выборок). На выходе кодека
сегмент предстает 260-битовой последовательностью, 182 бита кото-
рой подвергаются канальному кодированию (блочному и сверточному).
I !олучаемые 456 битов информации делятся на 8 блоков с перемежени-
ем по блочно-диагональному алгоритму После перемежения два блока
по 57 битов включаются в так называемый нормальный временной ин-
(ервал (Normal Burst — NB) с длительностью около 576,9 мкс. Этот ин-
тервал (слот) имеет следующую временною структуру: первые 3 бита —
защитный бланк, используемые как стартовый флаг; 57 битов — первый
блок речевых данных; 1 контрольный бит, определяющий тип передава-
емой информации (речь/управление); 26-битовая эталонная последова-
1ельность; 1 контрольный бит, определяющий тип передаваемой инфор-
мации (речь/управление); второй блок из 57 битов; защитный бланк —
3 бита — столовый флаг; последние 8,25 бита — защитный интервал.
Каждому абоненту выделяется только один слот из восьми, входя
щих в TDMA-кадр длительностью 4,615 мс. Это позволяет разделить во
времени процесс передачи и приема путем сдвига канальных интерва-
лов, выделяемых мобильным передатчикам и базовой станции. Базовая
станция всегда передает на три временных слота раньше абонентского
терминала. Таким образом, 456 бит, соответствующие 20 мс речевого
сигнала, передаются четырьмя ТОМА кадрами.
Другой особенностью стандарта GSM является прием (передача)
сообщения в выделенном абоненту интервале каждого последующего
кадра на другой фиксированной частоте. При этом время для пере-
стройки частоты составляет около 1 мс. Такие медленные частотные
скачки (Slow Frequency Hopping — SFH) улучшают функционирование
системы в условиях многолучевого распространения радиоволн В рас-
поряжение каждой базовой станции может быть предоставлено до 16
частот, число частот и мощность передачи определяются в зависимо-
сти от местоположения и нагрузки.
Кроме нормальных временных интервалов, в стандарте использу-
ются еще четыре вида слотов такой же длительности и битовой длины
(156,25) для передачи информации в канале управления: подстройки
частоты FB, временнбй синхронизации SB, установочного интервала DB
и интервала доступа АВ.
Кадры, содержащие речевые сообщения, организуются в мульти-
кадры канала трафика длительностью 120 мс (26 кадров TDMA, при этом
кадры 13 и 26 относятся к каналу управления). Мультикадры управления
имеют длительность 235,385 мс и включают 51 кадр канала управления.
В свою очередь мультикадры объединяются в суперкадры длительно-
192
Глава 5
стью 6,12 с (51 мультикадр канала трафика или 26 мультикадров кана-
ла управления), а 2048 суперкадров представляют из себя гиперкадр
длительностью 12533,76 с. Номер простого TDMA кадра в пределах
гиперкадра используется для шифрования передаваемой информации.
Кроме речи стандарт GSM позволяет передавать и другие данные
в асинхронном режиме со скоростью до 9,6 кбит/с. Существует рас-
ширение стандарта для пакетной передачи данных в радиосети с более
высокой скоростью (115 кбит/с) за счет организованных в пакет до-
полнительных временных слотов при захвате неиспользуемых каналов
по принципу «емкость по требованию» (например, все 8 слотов одного
TDMA кадра) — GPRS (General Packet Radio Service). При этом органи-
зация исходящего и входящего трафика возможна независимо друг от
друга, что очень важно при несимметричном обмене данными. Физиче-
ские каналы задействуются только на время непосредственной переда-
чи, что позволяет их использование совместно с другими абонентами.
Система GPRS поддерживает все распространенные протоколы переда-
чи данных, что обеспечивает работу самых разнообразных приложений.
В технологии EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution), рас-
сматриваемой как эволюция GSM, также можно объединять временные
слоты (структура их остается прежней, как для GSM). Но за счет исполь-
зования фазовой манипуляции ФМнЗ стандарт EDGE имеет увеличенную
физическую скорость передачи в канале до 384 кбит/с (EGPRS).
5.6. Структура CDMA сигнала
Рассмотрим структуру сигнала CDMA базовой станции [21]. Цен-
тральная частота передаваемого сигнала базовой станции определя-
ется номером частотного канала. Для синхронизации в соответствии
со стандартом предусмотрены два фиксированных частотных канала —
первичный и вторичный. Каждая базовая станция передает по крайней
мере по одному пилот- и синхроканалу на частоте либо первичного, ли-
бо вторичного каналов. Номера частотных каналов операторов CDMA
сотовой связи обычно известны.
Сигнал CDMA базовой станции (БС) включает совокупность парал-
лельных каналов: пилот-канал, до одного синхроканала, до семи пей-
джинговых каналов и некоторое количество трафик-каналов. Для си-
стемы cdma2000 в зависимости от конфигурации сигнал БС может со-
держать и другие контрольные, пилот- и трафик-каналы. Пилот-сигнал
передается непрерывно и используется мобильными станциями (МС)
для начальной синхронизации. В сообщениях синхроканала передают-
ся идентификационные параметры, параметры, предназначенные для
фреймовой синхронизации на МС, и параметры Long-кода, позволяю-
щие выполнить дескремблирование и принять данные пейджингового
канала. Пейджинговые каналы используются для передачи МС служеб-
ной информации. В пейджинговом канале периодически передаются
различные типы сообщений, в гом числе широковещательные.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
193
Начало четной секунды
Временная
структура
пилот-канала
Временная
структура
синхроканала
Временная
структура
пейджингового
и других
каналов
20 мс
Рис. 5.26. Временная структура различных каналов CDMA сигнала
Сигналы каналов расширяются (по спектру) ортогональными функ-
циями Уолша и общей псевдослучайной последовательностью (ПСП)
Для сигналов базовых станций сетей IS-95 используются коды Уолша
длиной 64 чипа. Для сигналов базовых станций сетей cdma2000 ис-
пользуются коды Уолша различной длины (128, 64, 32 и 16 чипов).
Для обоих стандартов пилот канал использует функцию Уолша И^'4,
синхроканал — функцию Уолша W™. пейджинговый канал — функцию
Уолша Ж®4. В обозначении функции Уолша нижний индекс к —
длина функции Уолша, верхний индекс п — ее номер. Остальные ор-
тогональные функции Уолша распределяются между трафик-каналами,
контрольными и другими активными каналами системы.
Временная структура различных каналов представлена на рис. 5.26.
Пилот-сигнал представляет собой периодически повторяющуюся
ПСП длительностью 26,67 мс. Частота следования чипов (элементар-
ных символов ПСП) f< = 1,2288 МГ ц. Начало соответствующего периода
(ближайшего к моменту времени начала четных секунд) пилот-сигнала
сдвинуто относительно начала четных секунд на PII_OT_PNx64 чипов.
Значение индекса сдвига PILOT-PN является отличительным для каждой
базовой станции. Все биты пилот-сигнала равны 0.
Синхроканал структурируется в виде последовательности супер-
фреймов длительностью 80 мс, каждый из которых разбивается на
фреймы длительностью 26,67 мс. Причем интервалы фреймов синхро-
канала совпадают с соответствующими интервалами ПСП. Суперфрейм
синхроканала начинается в момент четной секунды плюс сдвиг пилот-
ПСП. В синхроканале происходит непрерывная передача его сообще-
ний. Скорость передачи данных синхроканала 1200 бит/с Сообщение
синхроканала состоит из битов тела сообщения, где закодированы па-
раметры сообщения, битов длины сообщения и проверочных битов. Би-
ты сообщения синхроканала дополняются нулевыми битами так, чтобы
7—5729
194
Глава 5
Длина сообщения Тело сообщения синхроканала MRM Дополнительные нулевые биты
Пбитов -< ► 30 битов * ►
Рис. 5.27. Структура капсулы сообщения синхроканала
сформированная капсула сообщения (рис. 5.27) синхроканала занимала
три суперфрейма синхроканала. Периодически в блок капсулы встав-
ляются специальные (Start-of-Message— SOM) биты, которые являются
первыми битами каждого фрейма и индицируют начало капсулы сооб-
щения синхроканала. Биты капсулы после сверточного кодирования,
повтора и перемешивания передаются во фреймах синхроканала.
Сигнал пейджингового канала представляет собой последователь-
ность слотов длительностью 80 мс. Слоты пейджингового канала разби-
ваются на фреймы длительностью 20 мс, которые делятся на полуфрей-
мы длительностью 10 мс. Начало каждого 25-го слота пейджингового
канала совпадает с началом четных секунд вне зависимости от значения
индекса сдвига PILOT_PN. Скорость передачи данных пейджингового ка
нала 4800 или 9600 бит/с. Сообщение пейджингового канала состоит
из битов тела сообщения, где закодированы параметры пейджингового
сообщения, битов длины сообщения и проверочных битов. Для фор-
мирования капсулы биты сообщения пейджингового канала дополняют-
ся нулевыми битами. Их количество зависит от типа сообщения, от
скорости передачи данных в пейджинговом канале и от того, являют-
ся передаваемые сообщения синхронизированными (начинающимися в
начале полуфрейма) или нет. Периодически в блок капсулы вставля-
ются специальные (Synchronized Capsule Indicator — SCI) биты, которые
являются первыми битами каждого полуфрейма и индицируют начало
капсулы сообщения пейджингового канала для синхронизированных со-
общений. Биты капсулы после сверточного кодирования, повтора, пе-
ремешивания и скремблирования (наложения Long кода) передаются
во фреймах пейджингового канала.
Из большого числа различных сообщений пейджингового канала
анализатор принимает данные двух типов сообщений: сообщение си-
стемных параметров (System Parameters Message), содержащее иден-
тификатор БС и ее координаты, и сообщение о каналах соты (CDMA
Channel List Message). Другие сообщения пейджингового канала не ана-
лизируются.
Временная структура других каналов аналогична структуре пейд-
жингового канала, т.е временное интервалы фреймов этих каналов сов-
падают.
Исходными данными для формирования модулированного CDMA
видеосигнала являются потоки бит всех каналов CDMA сигнала, описа-
ние которых приведено выше. Осуществляется преобразование значе-
ний бит (0, 1) к множеству (1; -1), весовое канальное взвешивание, ор-
тогональное канальное расширение, объединение символьных потоков
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
195
Функция Уолша
Рис. 5.28. Структурная схема формирования видеосигнала стандарта
cdma2000
каналов, расширение спектра сигнала псевдослучайной пилот-последо-
вательностью и полосовая фильтрация. Общая блок-схема формирова-
ния видеосигнала для стандарта cdma2000 приведена на рис. 5.28. Для
стандартов IS-95A, IS-95B используется аналогичная схема.
У абонента поток данных, идущий со скоростью 28,8 кбит/с, после
перемежения делится на 6-битовые участки Каждому такому фраг-
менту ставится в соответствие одна из 64 последовательностей Уо-
лша (26 = 64). После этой процедуры поток 307,2 кбит/с преобра-
зуется с помощью длинной кодовой последовательности, аналогичной
последовательности на базовой станции. Каждый элемент последо-
вательности Уолша представляется четырьмя элементами псевдослу-
чайной последовательности. Вслед за тем поток разделяется меж-
ду каналами, дополнительно преобразуется с помощью короткой ко-
довой последовательности, в квадратурном канале задерживается на
полсимвола, как это требуется при ФМн со сдвигом, фильтруется и
поступает на модулятор.
5.7. Международная система
обозначения радиосигналов
Международное обозначение радиосигналов [61, 137] введено та-
ким образом, чтобы указывать необходимую ширину полосы частот
(4 символа — 1 буква и 3 цифры) и их классификацию (5 символов).
196
Глава 5
Таблица 5.13
Кодовые обозначения типа модуляции основной несущей
Символ Содержание
А AM: две боковые полосы
В AM: с независимыми боковыми полосами
С AM: частично подавленная одна боковая полоса
D Комбинация или последовательность AM и угловой модуляции
F Угловая модуляция: ЧМ
G Угловая модуляция. ФМ
Н AM: одна боковая полоса с полной несущей
J AM: одна боковая полоса с подавленной несущей
К Импульсное излучение: амплитудно-импульсная модуляция
L Импульсное излучение: широтно-импульсная модуляция
М Импульсное излучение: фазоимпульсная модуляция
N Модуляция отсутствует
Р Импульсное излучение; немодулированная последовательность им- пульсов
Q Импульсное излучение: угловая модуляция на длительности им- пульса
R AM: одна боковая полоса с частично подавленной несущей или с переменным уровнем несущей
V Импульсное излучение' сочетание или другая импульсная модуля- ция
W Ни одна из вышеперечисленных, прочие случаи, когда излучение состоит из основной несущей, модулированной либо одновремен- но, либо в заранее установленной последовательности, сочеганием двух или более из следующих методов модуляции амплитудной, угловой, импульсной
X Прочие случаи
Таблица 5.14
Кодовое обозначение типа модулирующего сигнала
Символ Значение
0 Модулирующий сигнал отсутствует
1 1 канал/квантованная или цифровая информация/ нет модулирую- щей поднесущей
2 1 канал/ квантованная или цифровая информация/ модулирующая поднесущая
3 1 канал/ аналоговая информация
7 2 или более канала/ цифровая информация
8 2 или более канала/ аналоговая информация
9 Комбинированная система как минимум с 2 каналами (с цифровой и аналоговой информацией)
X Прочие случаи
Например: 100HA1AAN — телеграфия с помощью амплитудной манипу-
ляции несущей со скоростью 25 слов в минуту (код Морзе) с приемом
на слух: 2K7OJ3EJN— однополосная телефония коммерческого качества
с подавленной несущей и полосой частот стандартного телефонного ка-
нала; 300KF9EHF — стереофоническое ЧМ-радиовещание с девиацией
75 кГц и частотным уплотнением системы RDS и телефонного канала
шириной 16 кГц с ЧМ на поднесущей 67 кГц.
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
197
Таблица 5.15 Кодовое обозначение типа передаваемой информации
Символ Значение
А В С D Е F N W X Телеграфия, акустический прием Телеграфия, автоматический прием Фототелеграф Передача данных, телеметрия или телеуправление Телефония (включая звуковое радиовещание) Телевидение Информация отсутствует Сочетание указанных выше типов Ни один из указанных выше
Таблица 5.16
Кодовое обозначение дополнительных подробных сведений о сигнале
Символ Значение
А Двухпозиционный код с различным числом/длительностью элемен- тов кода
В Двухпозиционный код с одинаковым числом равных по длительности элементов, отсутствует исправление ошибок
С Двухпозиционный код с одинаковым числом равных по длительности элементов, имеется исправление ошибок
D Четырехпозиционный код — каждое состояние соответствует одно- му элементу сигнала
F Многопозиционный код — каждое состояние соответствует одному элементу сигнала
Е Многопозиционный код — каждое состояние или их комбинация со- ответствует одному символу
G Н J К Звук радиовещательного канала — моно Звук радиовещательного канала — стерео или квадро Звук коммерческого качества Звук коммерческого качества с инверсией частоты или расщепле- нием полосы частот
L Звук коммерческого качества с отдельными частотно-модулиро- ванными сигналами для регулирования уровня сигнала при демо- дуляции
М N W X Монохромный сигнал Цветной сигнал Комбинация указанных выше сигналов Ни один из указанных выше сигналов
Значение необходимой ширины полосы определяется согласно [61,
238] расчетом или непосредственным измерением и выражается в гер-
цах (Н) при полосе от 0,001 до 999 Гц, килогерцах (К) при полосе от 1
до 999 кГц и, аналогично, в мегагерцах (М) и гигагерцах (G) с примене-
нием правила округления. Буква ставится на месте запятой десятичной
дроби, например Н030 — 0,03 Гц; 240Н — 240 Гц; 35К5 — 35,5 кГц;
550К — 550 кГц; 5М00 — 5 МГц; 22G0 — 22 ГГц.
Первые три символа классификации радиоизлучений являются обя-
зательными, поскольку характеризуют основные параметры. Первый
198
Глава 5
Таблица 5.17
Кодовое обозначение метода уплотнения
Символ Значение
С Мультиплексирование с кодовым разделением (включая методы
расширения спектра)
F Мультиплексирование с частотным разделением
N Уплотнение отсутствует
Т Мультиплексирование с временным разделением
W Комбинированное мультиплексирование с частотно временном раз
делением
X Другие
Таблица 5.18
Кодовые обозначения групп систем и системы в конкретной группе
Символ Группа систем Символ Система
А Морзе
С Асинхронная В Телекс Бодо
С Телекс русский
D Телекс арабский
К Телекс ASCII
Е ARQ с непрерывной передачей А ARQ 1000 дуплекс
данных В ARQ Е-3
С 324 TOR 1 канал
D 324 TOR 2 канала
Е 324 TOR 4 капала
F 242TOR 2 канала
К ARQ-N
L FOL-ARQ
М TORG 10 11
F ARQ с блочной передачей данных А Симплекс/SITOR
С ARQ -1000 симплекс
D SWED-ARQ
Е ARQ6-70
F ARQ6-90
G ARQ6-98
Н I UN-ARQ HC-ARQ
К RS-ARQ
L ARTRAC
N PACKET
X Р 162
Н TWINPLEX (сдвоенная система) А SITOR F7B
В SITOR F7B-1
С SHOR F7B-2
D SITOR F7B-3
Е SITOR Г7В-4
F SITOR F7B-5
G SITOR F7B-6
Н c ASCII
К С Бодо
L F7 Ьодо/Морзе
М F7 другой код/Морзе
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
199
Окончание табл. 5.18
Символ Группа систем Символ Система
J Неизвестная А ARTRAC
К Система с FEC А FEC-100
(с прямым исправлением ошибок) В SITOR В
С FEC1000 симплекс
D Autospex
Е ROU-ГЕС
F Н NG-FEC
М Mi юготональная А Piccolo МК6 ITA2
В Piccolo MK6 ITA5
С Piccolo MK1/330
F Piccolo 1 025/040/034
G Piccolo 2 025/010/034
Н Piccolo 3 100/040/034
1 Piccolo 4 100/010/034
L Coquelet MK1
М Coquelet MK1
Р TT2300b
N Радионавигация и локация
символ (табл. 5.13) указывает тип модуляции основной несущей (крат-
ковременная модуляция, используемая, например, для передачи сигна-
лов опознавания, может не учитываться при том, что не увеличивается
необходимая ширина полосы).
Второй символ (табл. 5.14) обозначает характер сигнала (сигна-
лов), модулирующего главную несущую, третий (табл. 5.15) — тип пе-
редаваемой информации.
Четвертый и пятый символ классификации (табл. 5.16 и 5.17) явля-
ются дополнительными и дают подробные сведения о сигнале и о ме-
тоде применяемого уплотнения (мультиплексирования) соответственно.
В случае невозможности использования ни одного из определенных ко-
дов для дополнительных символов допускается размещение на этой
позиции символа «—».
В [240] говорится, что пятизначное обозначение вполне достаточно
для целей частотного регулирования, но для целей мониторинга к меж-
дународному обозначению следует добавлять общеупотребительное на-
звание используемой системы, указывать ее тип (например, старгстоп-
ная, пакетная, с перезапросом, с исправлением ошибок, многотональ-
ная, навигационная/локационная и т.д), используемый алфавит, число
битов на символ, скорость в бодах, цикл повторения и т д. Поэтому для
обозначения группы систем и системы в группе могут использоваться
шестой и седьмой символ классификации (табл. 5.18).
Для многотональных систем после обозначения излучения могут
сообщаться следующие данные: длительность тона, мс/межтональный
сдвиг, Гц/число тонов, а для многоканальных систем: сдвиг в канале,
Гц/разнос между каналами, Гц/число каналов.
200
Глава 5
5.8. Международное распределение
диапазонов частот
В табл. 5.19-5.26 приведено распределение диапазонов частот в
соответствии с международными соглашениями.
Таблица 5.19
Диапазоны частот для любительской радиосвязи ниже 30 МГц
Диапазон, м Частота, МГц Длина волны, м
0,1357...0,1378 2210.76...2177.07
160 1,810...1.850 166,7...150,0
80 3,5...3,8 85,7...75,0
40 7,0...7,3 (шаг 100 Гц) 42,9..41,1
30 10,10..10,15 29,7...29,6
22 13,57...13,60 22,1...22,06
20 14,00...14,35 (шаг 250 Гц) 21,4..20,9
17 18,068...18,168 16,6...16,5
15 21,00...21,45 (шаг 450 Гц) 14,3...14,0
12 24,89...24,99 12,1-12,0
10 28,10...29,7 (шаг 1,7 кГц) 10,7...10,1
Таблица 5.20
Диапазоны частот выше 30 МГц для любительской радиосвязи
(в том числе спутниковой)
Диапазон, м Частота МГц Длина волны, м
6 50...54 6,00...5,56
2 144...1487 2,08...2,03
1,5 220...225 1,36...1,33
0,7 420...450 0,714...0,667
0,33 902...928 0,333-0,323
0,23 1215...1300’ 0,247...0,231
0,13 2300... 2450* 0,13,0...0,122
0,09 3300...3500 0,0909...0,0857
0,05 5650-5925 0,0531...0,0506
0,03 10000 ..10500 0,0300.. 0,0286
0,0125 24000...24250 0,0125...0,0124
Таблица 5.21
Диапазоны частот для радиовещания ниже 30 МГц
Диапазон частот, МГц Примечание Диапазон частот, МГц Примечание
0,15...0,285 0,525-1,605 2,300 ..2,498 3,200...3,400 3,950-4,000 4,750.. 4,995 5,006...5,06 5,900...6,200 7,100...7,350 200-735,3 м (ДВ) 575...187 м (СВ) Диапазон 120 м (в тропиках) Диапазон 90 м (в тропиках) Диапазон 75 м (в тропиках) Диапазон 60 м (в тропиках) Диапазон 49 м Диапазон 41 м 9,400...9,900 11,600...12,100 13,570...13,870 15,100...15,800 17,480...17,900 18,900-19,020 21,450...21,850 25,670...26,100 Диапазон 31 м Диапазон 25 м Диапазон 19 м Диапазон 16 м Диапазон 13 м Диапазон 11м
Риды модуляции и сигналов в современных РЭС
201
Таблица 5.22
КВ диапазоны частот для фиксированных (стационарных)
передатчиков, кГц
1606,5...1625 1635... 1800 1850...2160 2194...2498 2502...2850 3155...3400 3500...3900 Возможны OTKJ могут использс с мощностью 3950...4063 4438 ..4650 4750.. 4995 5005...5480 5730...5900 6765...7000 7350 8195 гонения от при >ваться на втор излучения до 9040...9400 9900...9995 10100...11175 11400...11600 12100... 12230 13360... 13570 13870.. 14000 веденных значе» ичной основе си< 2 Вт 14350... 14990 15800...16360 17410... 17480 18030 18068 18168...18780 19020... 19680 19800... 19990 1ий. Частоты 26S ^темами охранно 20010...21000 21850...21924 22855...24890 25010...25070 25210...25550 26175..28000 29700...30005 ►45 и 26960 кГц й сигнализации
Таблица 5.23
КВ диапазоны частот для связи между морскими объектами, кГц
1606,5...1625 1635...1800 2045...2160 2170...2173,5 Возможны отк подвижная и 2190,5...2194 2625...2650 4000...4063 4063.. 4438 лонения от приг эадионавигацио 6200...6525 8100...8195 8195...8815 12230... 13200 зеденных значен иная связь 16360...17410 18780 ..18900 19680...19800 22000...22855 ий. 2625...2650 25070. 25210 26100...26175 к! ц — морская
Таблица 5.24
КВ диапазоны частот для сухопутных передвиж! гых
радиопередатчиков, кГц
1606,5... 1625 3155...3400 6765...7000 18168...18780 26175...27500
1635... 1800 3500...3900 7350...8100 20010...21000 27500...28000
1850...2160 4438...4650 10150...111 75 23000...23200 29700...30005
2194...2498 4750...4995 13410...13570 23350...24890
2502...2625 5060... 5480 13870... 14000 25010...25070
2650...2850 5730...5900 14350... 14990 252 I0...25550
Возможны отклонения от приведенных значений. Частоты 2130 и 2150 кГц используются радиостанциями системы железнодорожной радиосвязи в те-
лефонном режиме. Частоты 2444 и 2464 кГц используются для средств по-
ездной радиосвязи метрополитена.
Таблица 5.25
КВ диапазоны частот для авиационной радиосвязи, кГц
2850...3155 3400...3500 3800...3950 Возможны от кГц (несущая щими в совм< поиска и спа 4650...4850 5450...5730 6525...6765 клонения от гц ) могут исполь ЭСТНЫХ ПОИСКОЕ сания пилотир' 8815...9040 10005...10100 11175...11400 эиведенных значс зеваться станция !ых и спасательт /емых космическ 13200. 13360 15010...15100 17900... 18030 эний. Частоты 3( ми подвижных CJ jix операциях, а т их кораблей. 21924...22000 23200...23350 )23, 5680, 8364 тужб, участвую- акже для целей
202
Глава 5
Таблица 5.26
Частоты телевизионных каналов
Номер канала Частотные границы канала, МГц Несущая частота изображения, МГц Несущая частота звукового сопровождения, МГц
Метровые волнь >/
1 48,5...56,5 49,75 56,25
2 58...66 59,25 65,75
3 76...84 77,25 83,75
4 84...92 85,25 91,75
5 92...100 93,25 99,75
6 174...182 175,25 181,75
7 182...190 183,25 189,75
8 190...198 191,25 197,75
9 198...206 199,25 205,75
10 206...214 207,25 213,75
11 214..222 215,25 221,75
12 222...230 223,25 229,75
Дециметровые волны
21 470...478 471,25 477,75
22 478...486 479,25 485,75
23 486...494 487,25 493,75
24 494...502 495,25 501,75
25 502...510 503,25 509,75
26 510...518 511,25 517,75
27 518...526 519,25 525,75
28 526...534 527,25 533,75
29 534...542 535,25 541,75
30 542...550 543,25 549,75
31 550...558 551,25 557,75
32 558...566 559,25 565,75
33 566... 574 567,25 573,75
34 574...582 575,25 581,75
35 582...590 583,25 589,75
36 590...598 591,25 597,75
37 598...606 599,25 605,75
38 606...614 607,25 613,75
39 614...622 615,25 621,75
40 622...630 623,25 629,75
41 630...638 631,25 637,75
42 638...646 639,25 645,75
43 646...654 647,25 653,75
44 654...662 655,25 661,75
45 662...670 663,25 669,75
46 670...678 671,25 677,75
47 678...686 679,25 685,75
48 686...694 687,25 693,75
49 694...702 695,25 701,75
50 702...710 703,25 709,75
Виды модуляции и сигналов в современных РЭС
203
Окончание табл. 5.26
Номер Kai iana Частотные границы канала, МГц Несущая частота изображения, МГц Несущая частота звукового сопровождения, МГц
51 710...718 711,25 717,75
52 718...726 719,25 725,75
53 726...734 727,25 733,75
54 734...742 735,25 741,75
55 742...750 743,25 749,75
56 750 .758 751,25 757,75
57 758 ..766 759,25 765,75
58 766. .774 767,25 773,75
59 774...782 775,25 781,75
60 782..790 783,25 789,75
5.9. Заключительные замечания
Настоящая глава содержит краткие сведения об общепринятом де-
лении диапазона радиочастот и свойствах каждого поддиапазона. Про-
анализированы основные схемы аналоговой и цифровой модуляции,
применяемые в системах вещания, связи и передачи данных. Приведе-
ны поясняющие математические соотношения, материал проиллюстри-
рован временными и спектральными диаграммами.
Рассмотрены примеры сигналов современных радиосредств Дан
обзор систем AM и ЧМ радиовещания, телевидения, показаны отли
чия перспективных форматов вещания DRM, Т-DAB и DVB-Т. Раздел
включает также данные о транкинговой, сотовой и пейджинговой свя-
зи, а также об узкополосных и высокоскоростных цифровых системах
передачи информации, включая стандарты IEEE для беспроводной свя-
зи. Приведена международная система обозначения радиосигналов и
распределение диапазонов частот в соответствии с международными
соглашениями. Приведены структуры си< налов базовых станций стан-
дартов GSM и CDMA.
Глава 6
Измерения параметров
радиосигналов
В предыдущей главе рассмотрены основные виды модуляции и
способы передачи сообщений по радиоканалу, В данной главе будут
рассмотрены методы эфирных измерений параметров радиосигналов,
включая девиацию, глубину модуляции, частоты поднесущих. В каче-
стве справочного материала будут приведены нормативные требова-
ния к параметрам радиопередатчиков и допустимые погрешности из-
мерения. Будут рассмотрены методы определения видов модуляции
и приведены примеры такого анализа с помощью пакетов системного
математического обеспечения. Особое внимание обращено на измере-
ние напряженности электромагнитного поля, построение рельефа поля
на цифровой карте местности и корректировке теоретических расчетов
напряженности по результатам измерений.
Ввиду широкого распространения сотовых систем радиосвязи
стандартов GSM и CDMA и важности оценки их параметров для пла-
нирования и контроля сетей в главу включены материалы по анализа-
торам параметров базовых станций этих стандартов.
6.1. Нормативные требования и
допустимые погрешности измерений
При проверке соответствия измеренных параметров источников ра-
диоизлучения следует руководствоваться нормативными требованиями,
приведенными в рекомендациях МСЭ, государственных и отраслевых
стандартах. Обязательному измерению подлежат следующие парамет-
ры:
• центральная частота;
• отклонение центральной частоты излучения от разрешенного но-
минального значения;
• контрольная ширина полосы частот на уровне —30 дБ;
• уровень внеполосных излучений на заданных уровнях;
• напряженность поля (дБмкВ/м).
Измерения параметров радиосигналов
205
Кроме того, дополнительно могут измеряться параметры модуляции,
например коэффициент амплитудной модуляции, девиация частоты,
разнос между поднесущими частотами и т.д.
Кратко рассмотрим нормативные требования к основным измеря-
емым параметрам сигналов радиоэлектронных средств.
Требования к допустимому отклонению средней частоты излу-
чения передатчиков и допустимой погрешности измерения. Тре-
бования к допустимым отклонениям частоты (ДОЧ) радиопередатчиков
всех категорий и назначений содержатся в [115]. В табл. 6.1 приве-
дены допустимые отклонения частоты (относительные и абсолютные)
для основных радиосредств.
Требования к точности измерений частоты сформулированы в [70]:
ошибки измерения частоты не должны превышать одну десятую от нор-
мативных допусков на частоту излучения. В табл. 6.2 приведены ре-
гламентированные в [251] точности измерения частоты для диапазо-
на 25...3000 МГц, которые должны обеспечиваться на международных
контрольных станциях.
В [69] формулируются требования к автоматизированному обору-
дованию станций радиоконтроля, здесь (табл. 6.3) приводятся несколь-
ко другие, чем в [251], требования к точности измерения частоты немо-
дулированных сигналов.
Требования к ширине полосы радиоизлучений и требования
к погрешности измерения. Нормативные требования к ширине по-
лосы радиоизлучений приведены в [116, 250, 255]. Для каждого клас-
са излучения приводится формула для расчета ширины полосы частот.
Требования к полосе частот радиостанций сухопутной подвижной служ-
бы есть также в документе [135].
Требования к точности измерения полосы приводятся в [69]. Обо-
рудование станций радиоконтроля должно обеспечивать измерение ши-
рины полосы частот принимаемых сигналов до 300 кГц с погрешностью
не более ±5 % и до 30 МГц с погрешностью не более ±10 % на уров-
нях: —3, —6, —26, —30, —40, —50, —60 и —80 дБ относительно за-
данного (исходного) уровня 0 дБ.
Требования к допустимому отклонению мощности радиопере-
датчиков от номинального значения. Точность измерения напря-
женности электрического поля. Для радиовещательных передатчи-
ков диапазона ОВЧ допустимое отклонение мощности от номинального
значения согласно требованиям [68] в полосе рабочих частот должно
находиться в пределах ±1.0 дБ.
Допустимое отклонение мощности радиопередатчиков абонентских
радиостанций с аналоговой модуляцией установлено ±1,5 дБ от номи
нального значения при нормальных условиях и (+2) (—3) дБ при экс-
тремальных условиях [68].
Измерение напряженности поля для частот выше 30 МГц должно
проводиться с точностью ±3 дБ согласно [188] или ±4 дБ согласно [69].
206
Глава 6
Таблица 6.1
Допустимые отклонения частоты радиопередатчиков в диапазоне 25...3000 МГц
(в полосе частот исключается нижний и включается верхний пределы)
Полоса частот, МГц Категория станций ДОЧ относи- тельная, хЮ-6 ДОЧ абсо- лютная. Гц
25...29,7 Фиксированные станции излучения класса FIB Сухопутные подвижные станции ±40 ±10
29,7...100 Фиксированные станции Сухопутные станции мощностью: ±20
2 Вт и менее ±30
более 2 Вт до 15 Вт включительно ±20
более 15 Вт Подвижные станции мощностью: ±10
2 Вт и более ±20
носимые не более 2 Вт Радиовещательные станции (кроме ±40 ±100
телевизионных) Телевизионные станции — изображе- ние и звуковое сопровождение) ±100
100...470 Фиксированные станции мощностью:
50 Вт и менее ±20
более 50 Вт Сухопутные станции: ±10
Стационарные станции воздушной подвижной службы Базовые станции при разносе частот между соседними каналами не ме- нее 20 кГц: ±20
в полосе 100 ..235 МГц ±10
в полосе 235...401 МГц ±7
в полосе 401...470 МГц Сухопутные подвижные станции при разносе частот между соседними каналами не менее 20 кГц: ±5
в полосе 100...235 МГц ±10
в полосе 235...401 МГц ±7
' в полосе 401...470 МГц ±5
Радиовещательные станции (кроме телевизионных) со средней мощно- стью 50 Вт и менее ±10
в полосах ниже 108 МГц ±3000
Радиовещательные станции (телеви- зионные — изображение и звуковое сопровождение) 100
470...2450 Фиксированные станции ±50
Радиорелейные линии мощностью передатчиков 20 Вт и менее 100
Сухопутные станции ±20
Подвижные станции ±20
Радиовещательные станции (кроме телевизионных) Телевизионные станции — изобра- жение и звуковое сопровождение) в полосе 470...960 МГц ±100 ±100
Измерения параметров радиосигналов
207
Таблица 6.2
Точность измерения частоты на международных контрольных станциях
Вид измерения Точность
Измерение частоты станций, работающих в диапазоне частот от 25 до 29,7 МГц Измерение частоты станций, работающих в диапазоне частот 29,7..2450 МГц, кроме телевизионных станций Измерение частоты телевизионных станций, работающих в диапазоне частот 47...960 МГц Измерение частоты станций, работающих в диапазоне частот от 2450 МГц до 3 ГГц ±1 Гц ±10-8 соот- ветствующего значения ±50 Гц ±10“8 соот- ветствующего значения
Таблица 6.3
Погрешность измерения частоты автоматизированным оборудованием
станций радиоконтроля
Полоса частот (исключая нижний и включая верхний пределы), МГц Относительная погрешность измерения частоты
25...29,7 2-10~6
29,7-3000 2- 10 '8
Методы измерений напряженности поля рассмотрены в разд. 6.4.
Требования к девиации частоты ЧМ передатчиков и погрешно-
сти измерений. Нормативные требования к девиации частоты радио-
вещательных ЧМ передатчиков приведены в [68, 121], для передатчи-
ков звукового сопровождения телевидения — в [64, 65]. Рекомендации
для радиовещательных ЧМ передатчиков с системами уплотнения RDS
и DARC для передачи данных приведены в [248, 249]. Предельно до-
пустимые значения девиации для радиовещательных ЧМ передатчиков
приведены в табл 6.4.
Требования к параметрам девиации передатчиков сухопутной по-
движной службы с ЧМ содержатся в [66 135] и приведены в табл. 6.5.
Требования к точности измерения девиации ЧМ вещательных станций
сформулированы в [256] и приведены в табл. 6.6.
Требования к точности измерения девиации ЧМ передатчиков су-
хопутной подвижной службы имеются в [69]. Оборудование должно
обеспечивать измерение девиации частоты сигналов с частотной мо-
дуляцией в пределах от 0,5 до 130 кГц. Погрешность измерения де-
виации частоты в пределах от 0,5 до 130 кГц должна быть не более
±10 % при уровне сигнала на входе испытуемого оборудования не бо-
лее 20 дБ мкВ (10 мкВ).
Требования к допустимому отклонению частоты поднесущей
для ЧМ радиовещания передатчиков и к погрешности его изме-
рения. Согласно [68] погрешность установления частоты не должна
выходить за пределы: ±2 Гц для частоты 19 кГц; ±2 Гц для частоты
208
Глава 6
Таблица 6,4
Предельно допустимые значения девиации частоты излучений
радиовещательных ЧМ передатчиков и переда гчиков звукового сопровождения ТВ
Параметр Предельно допустимые значения девиации, Гц
ЧМ вещание с полярной модуляцией ЧМ вещание с пилот-тоном Звуковое сопровождение ТВ с ЧМ
Девиация несущей, вызы- ваемая монофоническим сигналом, кГц ±53 (50 ± 3) ±78 (75 ± 3) ±55 (50 ± 5)
Девиация несущей, вызыва- емая комплексным стерео- фоническим сигналом, кГц ±54 (50 ± 4) ±79 (75 ± 4) —
Девиация несущей, вызыва- емая сигналом стереопод несущей (пилот-тона), кГц ±11 (Ю± 1) ±7,5 (6,75 ± 0,75)
Девиация несущей, вызыва- емая сигналом поднесущей RDS, кГц ±1,5-7,5
Девиация несущей, вызыва- емая сигналом поднесущей DARC, кГц ±3- 7,5
Таблица 6.5
Максимальные значения девиации пере-
датчиков сухопутной подвижной службы
Разнос каналов, кГц Максимальная девиация, кГ ц
25 5
12,5 2,5
Таблица 6.6
Требуемая точность измерения
девиации ЧМ вещательных станций
Мгновенная девиация. кГц Требуемая точность
<80 2 кГц
>80 5 %
31,25 Г ц; ±4 Гц >я частоты 38 кГц. Отклонение для поднесущих частот
за месяц должно быть не более ±0,5 Гц от установленных значений.
Аналогично Рекомендациями МСЭ-R [248, 249] учреждаются погреш-
ности установления частоты для поднесущей 57 кГц — ±6 Гц (систе-
мы передачи данных ARI и RDS) и для поднесущей 78 кГц — ±7,6 Гц
(0,01 %) (система передачи данных DARC).
Требования к точности измерения поднесущих частот следующие:
ошибки измерения частоты не должны превышать одну десятую от нор-
мативных допусков на частоту излучения.
6.2. Измерение частоты
Существует несколько различных методов измерения частоты ра
диосигналов, принимаемых из эфира. Все они используют сравнение
с частотным эталоном.
В методе биений изменением опорной частоты (полученной от эта-
лонного источника с помощью синтезатора частот) добиваются совпа-
Измерения параметров радиосигналов
209
дения измеряемой и опорной частоты, совпадение определяют по на-
личию разностных биений на нулевой частоте.
Измерение с использованием сдвига частоты отличается тем, что
получают не нулевые биения, а заранее определенную разность двух ча-
стот.
В методе Лиссажу близость частот оценивается по вращению эл-
липса на экране осциллографа, сравниваемые колебания при этом по-
даются на входы вертикальной и горизонтальной развертки.
Частотомеры измеряют число периодов сигнала за определенный
промежуток времени, который формируется также из эталонного коле-
бания
Частотные дискриминаторы (частотные детекторы) определяют от-
клонение частоты сигнала от некоторой центральной частоты, которая,
в свою очередь, калибруется по эталонной. Измерение частоты может
проводиться и с помощью аналогового анализатора спектра, в этом
случае происходит выделение спектральных составляющих при пере-
стройке эталонного генератора качающейся частоты.
Метод измерения мгновенной частоты (instantaneous frequency
measurement — IFM) и метод быстрого преобразования Фурье (БПФ)
(fast Fourier transform — FFT) реализованы на основе цифровых спо-
собов обработки сигналов. Но и при этом есть привязка к опорному
эталонному колебанию.
Согласно [188] универсальными являются последние три метода.
Методы с применением цифровой обработки обеспечивают большие
ючность и скорость измерений при стабильных результатах, позволяя
одновременно выполнять усреднение и другие статистические опера-
ции. Именно они наиболее подходят для автоматизированных аппарат-
но-программных комплексов радиомониторинга.
Метод измерения частоты, обычно используемый в цифровых пано-
рамных радиоприемных устройствах, основан на анализе спектра, вы-
числяемого с помощью БПФ. Измерение сводится к нахождению зна-
чений характерных частот в исходном спектре радиосигнала или в его
спектре после математических преобразований К характерным часто-
там относятся, например, несущая частота, частоты отжатия и нажа-
та для частотной манипуляции. После нахождения характерных частот
определяется их положение на частотной оси.
Если выраженной несущей частоты нет, центральная частота сигна-
ла определяется как среднее арифметическое симметричных характер-
ных частот. Этот же метод анализа спектра используется и для измере-
ния поднесущих частот, но в этом случае используется детектированный
сигнал.
Если отсутствуют характерные частоты, например у сигналов с од-
нополосной модуляцией и сигналов с OFDM (цифровое радиовещание
стандартов DRM, DAB-Т, цифровое телевидение DVB-Т), центральная
частота сигнала может оцениваться с не очень высокой точностью как
210
Глава 6
центр полосы частот, занимаемой сигналом. Следует отметить, что
для точных измерений параметров таких сигналов следует использо-
вать специализированное программное обеспечение.
Метод измерения мгновенной частоты. Согласно (5.5) мгновен-
ная частота сигнала является скоростью изменения (производной) его
фазы. При небольших интервалах наблюдения для мгновенной частоты
справедлива следующая запись:
ф(<)-ф(<"Л<), (6.1)
2тгД£ ’ V
где Ф(£) — полная фаза сигнала; Д/ — временной интервал, обычно
между соседними отсчетами сигнала.
В случае гармонического сигнала определение мгновенной частоты
можно свести к последовательному измерению уровня сигнала в близ-
кие дискретные моменты времени (последовательному взятию трех от-
счетов) и решению системы тригонометрических уравнений:
s(ti) = A cos(2tt/£i + ).'
s(t2) = А соз[2тг/(^ + ДО + <р0]; (6.2)
s(£3) = A cos[2tt f(tx + 2ДО + у?0],
где О. 1з — моменты взятия отсчетов; у?0 — начальная фаза; А — ам-
плитуда колебания. Мгновенная частота при этом выражается соотно-
шением
, 1 r*s(^i)+ s(O)l
/(О)=-----— arccos ----------— . (6.3)
J 2 т Д£ [ 2s(O) J
Этот результат является строгим только для чистого синусоидального
колебания.
В общем случае при наличии шумов и модуляции следует опреде-
лять мгновенную частоту комплексного сигнала [36]
5*U) = s(0+W), (6.4)
где s(t) — исходный сигнал; §(t) = — / -—— dx — исходный сигнал,
тг J-oo t ~ X
преобразованный по Гильберту (что эквивалентно прохождению сигна-
ла через идеальный фазовращатель со сдвигом на тт/2); j — мнимая
единица. Мгновенная частота в этом случае выражается как
27rAt[s2(t2) + 52(t2)]' ' ’
Дискретное преобразование Гильберта может быть осуществлено на
основе рекурсивных и нерекурсивных цифровых фильтров, а также на
основе разложения сигнала в ряд Котельникова.
Полученные значения мгновенной частоты должны усредняться с
применением методов, дающих устойчивую оценку. Время измерения
должно быть достаточным для получения необходимой точности
Измерения параметров радиосигналов
211
Общий размер сигнальной выборки, по которой будет проводиться
определение частоты, зависит также от вида сигнала, отношения сиг-
нал/шум и решаемых при измерении задач (обеспечение максималь-
ной точности, измерение кратковременной нестабильности излучения
передатчика, измерение параметров модуляции, одновременные изме-
рения нескольких характеристик).
Так, при оценке мгновенной частоты сигнала сотовой связи стан-
дарта GSM выборка ограничена длительностью передачи элементарно-
го пакета данных 577 мкс (при наличии синхронизации). Для других
систем связи с временным разделением доступа длительность выборки
лежит в пределах 5... 10 мс. Для рядовых измерений частоты обычных
сигналов с повышенной и нормальной скоростями рекомендуются дли-
тельности выборки 200 мс и 1 с соответственно [188].
Рекомендуется усреднять результаты измерений в течение 1 с, од-
нако более надежно измерение не менее 2...3 мин, а если измерение
частоты вещательных ЧМ станций проводится совместно с определе-
нием девиации частоты, то тогда рекомендуемое минимальное время
наблюдения составляет 15 мин [188, 256].
Для увеличения точности измерения частоты может проводиться
предварительная фильтрация сигнала в полосе, согласованной с ши-
риной его спектра, или даже в узкой полосе около несущей или под-
несущей.
Метод IFM не применим к сигналам с однополосной модуляци-
ей (кроме частного случая модуляции гармоническим колебанием) и
сигналам COFDM. В этом случае оценку центральной частоты полу-
чают на основе БПФ.
Быстрое преобразование Фурье (БПФ) — это метод получения
спектра сигнала на основе вычисления дискретного преобразования
Фурье (ДПФ) с помощью эффективных алгоритмов, в частности алго-
ритмов прореживания по времени или по частоте [53].
Обычное дискретное преобразование Фурье, требующее № ариф-
метических операций, заменяется рекурсивной процедурой с числом
операций N log2 N за счет исключения повторений. Для работы ал-
горитмов БПФ требуется, чтобы длина исходного ряда данных — чис-
ло отсчетов сигнальной выборки N — была кратна степени 2, хотя
существуют и другие подходы [128]. В то же время длина сигналь-
ной выборки должна быть достаточной для получения требуемого спек-
трального разрешения
<5/ = ГДИСКРМ (6.6)
где Рдискр — частота взятия отсчетов выборки, которая по теореме Ко-
тельникова должна превышать как минимум в 2 раза максимальную ча-
стоту преобразуемого сигнала (ширину исследуемой полосы при пере-
носе к нулевой частоте). Подробное изучение спектра предполагает на-
212
Глава 6
личие спектральной линзы (ZOOM FFT) на основе увеличения длины вы-
борки при сохранении полосы анализа или уменьшения анализируемой
полосы и соответствующего уменьшения Рдискр при той же длине вы-
борки.
Выражение для спектра, полученного на основе ДПФ, имеет вид
Т , ( —32тгт,п\
S(m5f) = — V s(nSt) exp (-—-----) , (6.7)
1V х' \ IN /
71 = 0 ' Z
где 77? — номер спектральной составляющей; п — номер элемента сиг-
нальной выборки; <5/ = 1/FflHCKp; Т — время анализа.
Для устранения краевых эффектов искажения спектра из-за конеч-
ной длины выборки применяется умножение ее отсчетов на те или иные
оконные функции (функции взвешивания): Ханна, Хэмминга, Натолла,
Барлета, Блэкмана, Блэкмана-Харриса и т.д.
Частота сигнала в данном методе измерения оценивается по мак-
симальной спектральной составляющей. В случае определения несу-
щей частоты ЧМ и частот отжатия/нажатия ЧМн сигналов, а также при
невысоких отношениях сигнал/шум, как правило, требуется усреднение
спектра, т.е. вычисление средних значений амплитуд спектральных со-
ставляющих для нескольких текущих спектров. Для широкополосных
ЧМ сигналов для снижения индекса модуляции дополнительно может
использоваться деление сигнала промежуточной частоты (до 200 раз)
с последующей поправкой на коэффициент деления. Для сигналов, не
имеющих несущей (COFDM, LSB/USB), значение центральной частоты
вычисляется как среднеарифметическое крайних частот полосы, полу-
ченного методом БПФ спектра.
Согласно разд. 6.1 допустимое относительное отклонение частоты
большинства передатчиков не лучше чем единицы 10~6. При этом из-
мерения должны проводиться с погрешностью не хуже 0,1 допустимого
отклонения частоты. Это согласуется с рекомендациями [188], в соот-
ветствии с которыми стандарт частоты измерительных комплексов и все
ступени преобразования частоты в них должны иметь погрешность 10-7.
В панорамных измерительных приемниках «Аргамак-ИМ», «Аргамак-ИС»
относительная погрешность опорного генератора не превышает 5 10-9
(см. разд. 2.10). В случае необходимости проведения более точных
измерений при повышенных требованиях к передатчикам должна суще-
ствовать возможность подключения внешнего стандарта частоты. Им
может быть качественный термостатированный кварцевый генератор,
сигнал станции эталонной частоты, рубидиевый генератор, возможна
также калибровка по сигналам GPS. Достижимая погрешность может
лежать в диапазоне 10_10...10~п.
Измерение ширины спектра. Существуют два основных мето-
да оценки ширины спектра радиосигналов: отношения мощностей, или
/3/2, и измерение по уровню X дБ.
Измерения параметров радиосигналов
213
В первом случае ширина спектра полосы частот определяется как
ширина занимаемой полосы частот радиоизлучения (occupied band-
width — OBW), за пределами которой излучается заданная часть (/3 %)
общей средней мощности радиопередатчика [60, 243]. Обычно излу-
чаемые мощности за нижним и верхним пределами занимаемой поло-
сы полагают одинаковыми (каждая составляет половину заданной части
средней мощности /3/2 %). Значение /3/2 выбирается равным 0,5 %,
если для соответствующего класса излучений нет дополнительных реко-
мендаций.
На практике область частот, где непосредственно определяется
мощность, нередко содержит фоновые помехи, что снижает точность
измерений. Улучшить результаты измерения можно, не учитывая те
участки спектра, где спектральная плотность мощности сигнала не пре-
вышает уровня шума на Y дБ (как правило, У = 6 дБ), там ее зна-
чение приравнивается нулю.
Для получения оценки ширины занимаемой полосы частот могут ис-
пользоваться цифровые методы обработки сигналов, в том числе ЬПФ.
В этом случае вначале по спектральным составляющим (суммировани-
ем квадратов их амплитуд с последующим делением на 2 или интегри-
рованием спектральной плотности мощности) вычисляется полная мощ-
ность сигнала. Нижняя и верхняя частоты спектра сигнала определяют-
ся по уровню шумов. Затем таким же образом вычисляется мощность
в полосе, для которой нижняя частота спектра фиксируется как ниж-
няя граница, а верхняя граница постепенно увеличивается до гех пор,
пока не будут получены значения, близкие к значению /3/2 % полной
мощности. Последующая интерполяция служит для более точной оцен-
ки верхней частоты полосы, в которой сосредоточена заданная часть
средней мощности. Операция повторяется для верхней части спектра,
ширина занимаемой полосы частот будет равна разности нижней гра-
ницы верхней полосы и верхней границы нижней полосы частот.
Данный метод достаточно точно работает даже при относительно
небольших соотношениях сигнал/шум (15...20 дБ превышения пиковых
значений над шумом) и имеет малую чувствительность к спектральному
разрешению при наличии более 100 спектральных линий в полосе сиг-
нала. Метод позволяет получать хорошие результаты при исследовании
сигналов с любой цифровой модуляцией. В последнем случае рекомен-
дуется для определения ширины занимаемой полосы частот использо-
вать основной лепесток (до первого пересечения с уровнем шума), а
время анализа выбирать как время передачи 1000 символов [188]. При
рассмотрении нестационарных сигналов (AM, ОБП и ЧМ с модуляцией
речевым сигналом) для получения состоятельной оценки ширины спек-
тра следует накапливать (усреднять) спектральные данные достаточно
продолжительное время. Для оценки максимальной полосы сигналов
ЧМ вещания выбираются передачи с широким спектром модулирующе-
го сигнала, например передачи симфонической музыки.
214
Глава 6
Рис. 6.1. Определение ширины зани-
маемой полосы частот
Рис. 6.2. Определение ширины полосы
частот по методу X дБ
Если ширина полосы исследуемых сигналов превышает наиболь-
шую полосу одновременной обработки аппаратно-программного ком-
плекса, то для оценки спектра сигнала допустима «сшивка» с последу-
ющим усреднением спектральных данных, полученных последовательно
в смежных полосах при быстрой перестройке приемника.
Излучение будет оптимальным с точки зрения экономии спектра,
когда его ширина занимаемой полосы равняется необходимой ширине
полосы для данного класса излучения, т.е. ширине такой полосы ча-
стот, которая достаточна при данном классе излучения для обеспече-
ния передачи сообщений с необходимой скоростью и качеством при
определенных условиях (рис. 6.1) [188].
При наличии помех и известном типе сигнала предпочтительнее
(за исключением некоторых сигналов с цифровой модуляцией) метод
измерения ширины полосы по уровню X дБ. В этом случае за ширину
полосы частот излучения принимается зона, за пределами которой лю-
бая дискретная составляющая спектра или непрерывная спектральная
плотность мощности измеряемого сигнала, по крайней мере, на X дБ
меньше предварительно заданного опорного уровня 0 дБ [60, 243].
Данный метод может быть использован для измерения ширины кон-
трольной полосы частот, под которой понимается частотная зона, за
пределами которой любая составляющая спектра меньше уровня, при-
равненного к 0 дБ, на 30 дБ. При использовании испытательных сигна-
лов, определенных для данного класса излучений, и установке нулево-
го уровня в соответствии с рекомендациями нормативных документов
контрольная полоса частот не должна превышать более чем на 20 %
нормируемую на тех же уровнях полосу частот [61].
Для сравнения результатов измерения различными станциями ра-
диоконтроля Бюро радиосвязи МСЭ рекомендует как временную нор-
му проведение измерений по уровню —26 дБ и применение поправоч-
ных коэффициентов 7 для оценки необходимой полосы частот, хотя для
отдельных классов излучения могут применяться и конкретные уровни
X дБ (рис. 6.2). Для некоторых сигналов уровни, которые дают оценки
полосы, близкие к ширине занимаемой полосы частот при /3 = 0,5 %,
установлены эмпирически [188].
Измерения параметров радиосигналов
215
Установка нулевого уровня, относительно которого при использо-
вании метода X дБ выполняются отсчеты сигналов, зависит от кон-
кретного класса измеряемого излучения. Рекомендации по этой уста-
новке содержатся в нормативных документах [61]. Установка может
осуществляться по уровню: немодулированной (неманипулированной)
несущей (например, для сигналов ЧМ вещания, ЧМн сигналов, AM те-
леграфных излучений); немодулированной поднесущей (AM фототеле-
граф); максимальной составляющей спектра (импульсное немодулиро-
ванное излучение); по максимальному уровню огибающей спектра в
пределах боковой полосы частот (например, для сигналов AM веща-
ния, однополосной телефонии).
Данный метод измерения ширины полосы реализуется как прямым
способом (фильтровым), так и на базе цифровых методов (БПФ). Основ-
ная трудность при исследовании реальных эфирных сигналов заключа-
ется в получении значения нулевого уровня В частности, для получения
уровня немодулированной несущей могут быть использованы методы
замещения (с помощью дополнительного генератора), пикового детек-
тора и расчета по аналитическим соотношениям. При использовании
БПФ этот уровень можно получить также при длительном накоплении
спектра (максимальных текущих спектральных значений). Так, в случае
ЧМ вещательного сигнала при попадании в период наблюдения пауз
между отдельными передачами фактически будет фиксироваться уро-
вень немодулированной несущей, с другой стороны, длительное накоп-
ление может зафиксировать моменты с модуляцией звуковым сигна-
лом с максимально широким спектром и соответственно максималь-
ную ширину радиосигнала.
Обычно в программном обеспечении алгоритм измерений позво-
ляет устанавливать нулевой уровень двумя способами: автоматически
или вручную. Если выбран автоматический способ, то нулевой уровень
устанавливается автоматически с заданным смещением относительно
максимума спектра в измерительной зоне. Если смещение равно О дБ,
то нулевой уровень будет соответствовать максимальной составляющей
спектра.
В программном обеспечении СМО-ПАИ и СМО-ППК разрешено за-
давать произвольное количество уровней X дБ, на которых одновре-
менно измеряется ширина полосы частот
6.3. Определение вида модуляции,
измерение ее параметров
Определение вида и параметров модуляции принимаемых ра-
диосигналов способствует правильному опознаванию известных радио-
станций, позволяет дистанционно осуществлять регулярную проверку
соблюдения заявленных характеристик радиоизлучений и фактически
обуславливает все последующие шаги, связанные с обработкой неиз-
вестных сигналов.
216
Глава 6
Простейшим методом решения этой задачи является последова-
тельный перебор имеющихся в приемной аппаратуре демодуляторов
(фиксированных или изменяемых программно). Так, для аналоговых
сигналов воспроизводимая без искажений речь на выходе AM, ОБП или
ЧМ демодуляторов (скремблирование требует дополнительного преоб-
разования) будет свидетельствовать о том или ином типе модуляции
и одновременно позволит приближенно оценить модуляционные пара-
метры. С применением аппаратуры разуплотнения таким же образом
делаются выводы о сигналах, использующих частотное или временное
разделение каналов. Оконечное оборудование для приема телевиде-
ния позволит установить наличие телевизионного сигнала. При приеме
цифровых сигналов правильность определения данного класса излуче-
ния выбором однозначно соответствующей ему комбинации демодуля-
тор/декодер подтверждается наличием смысловой информации, позыв-
ных или служебных знаковых сочетаний на выходе устройства. Опытный
оператор в ряде случаев может оценить тип модуляции и протокол пе-
редачи по характерному звучанию при непосредственном прослушива-
нии сигнала с выхода демодуляторов аналоговых сигналов, что может
существенно уменьшить число проверяемых вариантов.
Выводы о типе сигнала можно сделать также по виду спектра ра-
диосигнала и демодулированного сигнала (в том числе наложением
спектральной маски) и его эволюции во времени, по форме chi нала
и ее изменениям во временной области, по значениям измеряемых па-
раметров, характерных для различных видов модуляции. Например, для
аналоговых ЧМ сигналов характерно изменение ширины спектра и ам-
плитуд спектральных составляющих от времени и одновременно ста-
бильность амплитуды во временной области. Для AM сигналов измере-
ние девиации будет давать нулевые значения, на осциллограмме будут
видны характерные провалы амплитуды, зависящие от глубины моду-
ляции, а на спектре будет видна спектральная составляющая, соотно-
сящаяся с несущей. Для цифровых ЧМн сигналов с относительно ма-
лой скоростью передачи характерно одновременное наличие несколь-
ких максимумов спектра. Для различных цифровых сигналов с высокой
скоростью манипуляции, наоборот, характерен довольно широкий и ста-
бильный спектр. А сигналы базовых станций сотовой связи стандарта
GSM имеют кратковременный спектральный всплеск на частоте отжа-
тия, связанный с синхронизацией (при передаче временнбго интервала
подстройки частоты). Измеренные разнос частот, скорость передачи,
длительность различных временных фрагментов, число двоичных сим-
волов в передаваемом блоке могут соответствовать стандартным вели-
чинам. обусловленным конкретным протоколом.
Дополнительным признаком распознавания модуляции является ха-
рактер модификации спектра при преобразовании сигнала. Например,
возведение сигнала в степень в случае фазовой манипуляции эквива-
Измерения параметров радиосигналов
217
лентно умножению текущей фазы на показатель степени:
Л2
s*(t) = Ao cos2(w0£ + = -у[1 + cos(2w0t + 2у?£)], 0 < t < Т. (6.8)
Возведение в квадрат сигнала ФМн2 = О,тт) приведет к устра-
нению манипуляции в результирующем колебании, сигнал ФМн4 при
такой операции перейдет в сигнал ФМн2, т.е. произойдет снятие одно-
го уровня манипуляции. Соответственно спектр возведенного в квадрат
сигнала в первом случае будет представлять одну спектральную состав-
ляющую на второй гармонике несущей, в другом — на той же частоте
расположится спектр сигнала с бинарной фазовой манипуляцией. Пол-
ностью убрать манипуляцию в сигнале ФМн4 можно, возведя его в 4-ю
степень. При этом картина в частотной области будет следующей: на
второй гармонике несущей будет присутствовать спектр сигнала ФМн2,
на четвертой гармонике — одиночная спектральная составляющая. При
возведении в 4-ю степень сигнала ФМн2 в спектре будут наблюдать-
ся две одиночные спектральные составляющие на удвоенной частоте
несущей и на четвертой гармонике. Аналогично, возведение во вто-
рую степень ЧМн сигнала с минимальным сдвигом даст в результате
обычный ЧМн сигнал с удвоенными относительно исходных значений
центральной частотой и разносом.
Распознать сигнал можно, опираясь на анализ распределения
мгновенных значений частоты, фазы и амплитуды за некоторый пери-
од, в частности, при помощи гистограмм. Так, например, для ФМн2
сигналов гистограммы мгновенной фазы будут иметь два максимума,
у квадратурной фазовой манипуляции их будет четыре и т.д. Допол-
нительной статистической характеристикой, зависящей от вида сигна-
лов, является распределение времени превышения заданного уровня
амплитуды (мощности).
Структуру сигнала позволяют также определить автокорреляцион-
ный и корреляционный методы. В первом случае исследуемый сигнал
умножается на сдвинутые по времени его копии, во втором реализует-
ся перемножение сигнала с рядом опорных колебаний с тем или иным
видом модуляции при различных параметрах модуляции. Автокорре-
ляция используется для определения параметров сигнала, таких, как
длительность посылки, длительность блока данных. Корреляция позво-
ляет идентифицировать конкретный сигнал из имеющего набора и, в
частности, определять наличие синхро- и пилот-последовательностей.
Но, пожалуй, наиболее наглядно выявление типа модуляции на ос-
нове векторного представления сигналов. Под векторным представле-
нием понимается отображение мгновенной амплитуды и фазы сигнала
вида (6.4) на фазовой (комплексной) плоскости. При таком представле-
нии в полярных координатах частотная модуляция будет отображаться
в виде окружности, амплитудная — в виде кольца. Для анализа цифро-
вых сигналов требуется дополнительно сместить центральную частоту
218
Глава 6
сигнала на нулевую частоту. Результатом будет векторная диаграмма
соответствующего типа модуляции, содержащая полную историю поло-
жения вектора модулирующего сигнала, т.е. включающая совокупность
информационных сигналов (сигнальное созвездие) и линии переходов
информационного вектора из одного состояния в другое [216]. На та-
кой векторной диаграмме несущая будет отображаться точкой, AM сиг-
нал — отрезком радиуса, ЧМ сигнал — дугой окружности. По векторным
диаграммам для цифровой модуляции можно не только определять кон-
кретный вид модуляции, но и выявлять те или иные искажения, помехи
и неисправности в каналах связи, например, нелинейности трактов пе-
редачи, недостаточную полосу пропускания, большие фазовые шумы,
разбалансировку квадратурных каналов и т.д. [32].
Все выше сказанное в первую очередь относится к автоматизи-
рованному анализу сигналов, когда с помощью определенного набора
инструментов оператор в диалоговом режиме, сообразуясь со своим
опытом, проводит классификацию радиоизлучений. Главным при этом
является правильная визуализация нужной информации и удобство уп-
равления аппаратурой.
Современный уровень развития средств вычислительной техники
позволяет решать задачу полностью автоматического определения мо-
дуляционной схемы, причем не только для отложенной обработки, но и
в реальном времени, что позволяет приемной аппаратуре динамически
адаптироваться к текущей сигнальной обстановке. Такой режим суще-
ственно повышает производительность работы служб радиоконтроля.
Указанная функция может быть реализована с использованием ма-
тематического аппарата статистической теории распознавания образов.
Распознавание подразумевает наличие определенных признаков объек-
та и статистическую оценку их параметров в присутствии шумов. Приня-
тие решения об отнесении объекта к конкретному классу происходит на
основе сравнения полученных оценок для сигнальной выборки с эталон-
ными характеристиками для всего набора различаемых классов. В ка-
честве признаков модуляции наиболее логичным представляется выбор
совокупности информационных сигналов [233] Различают ситуацию с
полностью определенными классами, когда заранее известны условные
интегральные или дифференциальные распределения вероятности для
выборок и априорные вероятности присутствия данного класса, и обсто-
ятельства, когда эти функции распределения определяются по обучаю-
щей выборке. В последнем случае возможно применение методов ней-
ронных сетей [94]. Но при любом подходе решающее правило сводится
к сравнению значения функционала того или иного вида с порогом.
Определение характеристик модуляции и манипуляции. Для
обычной аналоговой амплитудной модуляции основной характеристи-
кой является глубина модуляции к (5.1). Ее определение заключается в
измерении максимального (7mrnax и минимального Ummin значений оги-
бающей модулированного радиосигнала и вычисления по формуле (в
Измерения параметров радиосигналов
219
процентном выражении)
100 %.
(6.9)
Наличие на временной диаграмме AM сигнала участков, где огибающая
принимает нулевое значение, означает перемодуляцию сигнала.
При тестовых измерениях, когда используется синусоидальное мо-
дулирующее колебание, оценить коэффициент перемодуляции можно
следующим образом. Берутся максимальное значение огибающей
(Anmax и значение огибающей [70 в моменты времени, соответствую-
щие переходу модулирующего колебания через 0, т.е. в моменты, от-
стоящие на четверть периода низкочастотной синусоиды от точек ее
максимумов. Затем глубина модуляции вычисляется по формуле
Аг+ = Um -—— • 100 %. (6.10)
Uq
Сравнение вычисленного коэффициента глубины модуляции для
положительной полуволны модулирующего колебания к+ с аналогич-
ным коэффициентом для отрицательной полуволны
/с_ = —0 . 100 % (6.11)
6о
позволяет оценить асимметричность модуляции, связанную с нелиней-
ностью модулятора
О нелинейности также можно судить по искажению формы низ-
кочастотной синусоиды после демодуляции, в частности по срезан-
ным верхушкам или наличию гармоник при спектральном анализе де-
тектированного сигнала.
При работе с обычными AM сигналами используются как текущее
(для контроля качества при пиковых значениях модулирующего сиг-
нала), так и среднее за определенный промежуток времени значения
глубины амплитудной модуляции (для оценки эффективности исполь-
зования передатчика).
Для аналоговых частотно-модулированных сигналов основной ха-
рактеристикой является девиация частоты. Ее определение в аппарат-
но-программных комплексах можно проводить на основе измерения
мгновенной частоты радиосигнала. Как правило, требуются пиковые
значения девиации, однозначно связанные с максимальной шириной
ЧМ радиосигнала и регламентированные нормативными документами.
Сравнением максимального и минимального значений измеренной
мгновенной частоты с центральной частотой сигнала одновременно
проверяется и симметричность частотной модуляции. Для уменьше-
ния влияния паразитной AM из-за многолучевого распространения на
процесс измерения ЧМ сигнал следует подвергать ограничению.
На измерение девиации существенно влияет изменение уровня ра-
диосигнала. Изменение уровня может происходить из-за паразитной
220
Глава 6
AM в самом передатчике, многолучевого распространения радиоволн,
помех, особенно импульсных. Поэтому для получения правильных ре-
зультатов требуются определенные условия измерений, когда измене-
ние уровня ЧМ сигнала не превышает 6 % от среднего значения в случае
монофонического вещания и 2 % в случае стереофонического сигнала
[256]. Такие условия могут обеспечить, в частности, направленные ан-
тенны. Программное обеспечение позволяет автоматически игнориро-
вать участки, не соответствующие вышеуказанным условиям. Это до-
стигается измерением уровня сигнала одновременно с девиацией.
Для ЧМ радиовещательных сигналов рекомендуется минимальное
время однократного измерения максимальной девиации, равное двум
периодам самой низкой частоты модуляции. Это составляет 50 мс для
станций, использующих пилот-тон (частота 40 Гц), и 64 мс (частота 31,5
Гц) для станций с полярной модуляцией. Общее время наблюдения при
этом должно составлять не менее 15 мин [188].
С помощью измерения мгновенной частоты можно измерить и де-
виацию (разнос частот) ЧМн сигналов, хотя иногда проще это сделать
непосредственно по отображению спектра.
Еще одним рассматриваемым параметром аналоговой угловой мо-
дуляции является девиация фазы (обычно пиковые значения). Она опре-
деляется как разность мгновенной фазы и фазы немодулированной
несущей.
= <p(t) - 2Trf0t = arctg
W)
s(0
27rf0Z,
(6.12)
где s(t) — принимаемый сигнал; £(t) — сигнал, преобразованный по
Гильберту.
Для устранения неоднозначностей требуется отслеживание непре-
рывности изменения фазы. Точные оценки девиации фазы получаются
с помощью цифровых методов фазовой авто подстройки, например с
использованием схемы Костаса [127].
Для цифровых видов модуляции одна из главных характеристик —
это скорость манипуляции. Непосредственно на выходе демодулятора
конкретного типа сигнала может быть измерена длительность одиноч-
ной посылки, которая является величиной обратной искомой скорости.
Из-за присутствия шумов в канале связи одиночное измерение может
служить лишь грубой оценкой, поэтому задача решается как статисти-
ческая. По имеющимся измерениям временных интервалов строится
гистограмма, и уже по ней делается вывод о скорости передачи.
Другой подход для определения скорости манипуляции основан на
восстановлении тактовой частоты с помощью битовых синхронизаторов
открытого или замкнутого типа. В первом случае тактовая последова-
тельность формируется непосредственно из принимаемого сигнала, во
втором — принимаемый сигнал используется для синхронизации мест-
ного генератора [176].
Измерения параметров радиосигналов
221
6.4. Измерение напряженности
электромагнитного поля
При планировании и эксплуатации радиосетей подвижной радио-
связи, систем радиовещания и телевидения, при решении задач элек-
тромагнитной совместимости, поиска технических каналов утечки ин-
формации, выполнения санитарных норм важнейшими этапами являют-
ся теоретический расчет напряженности электромагнитного поля, со-
здаваемого ИРИ, проведение экспериментальных измерений напряжен-
ности поля и обработка их результатов.
Практически удобнее измерять напряженность поля электрической
составляющей ЭМП, поэтому в большинстве случаев, говоря о напря-
женности электромагнитного поля, принято подразумевать напряжен-
ность поля электрической составляющей Е. Поэтому далее под на-
пряженностью поля будем понимать величину (модуль) напряженности
электрической составляющей электромагнитного поля. Единицей из-
мерения напряженности является вольт на метр [В/м]. Напряженность
поля может быть выражена в децибелах, отнесенных к уровню 1 мкВ/м
или к другому уровню, условно принятому за единицу.
Одной из основных целей измерения напряженности поля являет-
ся определение зоны уверенного приема сигнала источника или зоны
обслуживания. В настоян (ее время разработано большое количество
методик, позволяющих проводить расчет зоны обслуживания теорети-
чески. Однако расчеты по этим методикам носят оценочный характер,
поскольку модели, заложенные в методики, в принципе не могут учесть
все конкретные особенности распространения радиоволн в исследуе-
мой зоне. Поэтому экспериментальные измерения напряженности поля
остаются необходимым этапом при планировании и эксплуатации ра-
диосетей подвижной радиосвязи, систем радиовещания и телевидения.
Все современные методики расчета и построения зон обслужива-
ния базируются на использовании цифровой картографии. Однако ряд
факторов снижает эффективность использования цифровой картогра-
фии при решении практических задач, в том числе построения распре-
деления напряженности поля на местности.
• цифровые карты формата SXF масштаба 1:200000 не обеспечива-
ют высокую точность представления картографических объектов:
точность местоположения объектов в плане 90... 140 м, по высоте
16...40 м. Точность цифровых карт соответствует точности бумаж-
ных носителей исходного картографического материала (номенкла-
турных листов карлы соответствующего масштаба) с учетом точно-
сти приборов, используемых для автоматизированной оцифровки
листов;
• цифровая картографическая информация частично устарела, так
как оцифровывалась с листов 1980-х годов, поэтому некоторые кар-
тографические объекты отсутствуют на карте или их конфигурация
222
Глава 6
не соответствует реальности, в частности для задач определения
напряженности важны характеристики городской застройки, лесо-
парковых зон, рельефа местности;
• перечень и характеристики ЦКИ не вполне удовлетворяют потреб-
ности в необходимой информации для использования существую-
щих моделей распространения радиоволн применительно к реаль-
ным трассам (недостаточно подробно представлена информация о
застройке, характеристиках леса, подстилающей поверхности).
Выбор теоретических моделей распространения радиоволн при
расчете напряженности электромагнитного поля также ограничен пол-
нотой и точностью цифровых карт местности.
Таким образом, расчет и построение напряженности поля на мест-
ности следует проводить в несколько этапов, обязательными из которых
являются проведение измерений напряженности с помощью стационар-
ных или мобильных станций радиомониторинга и теоретический расчет
напряженности для формирования полного распределения поля. Ис-
пользование мобильной станции существенно повышает точность по-
строения распределения, поскольку обеспечивает выполнение замеров
в различных точках местности.
Основные математические соотношения. Все методы измере-
ния напряженности поля основаны на следующем соотношении [98]:
E = U/h^
(6.13)
где Е — напряженность поля, В/м; U — ЭДС, наведенная в антенне, В;
hR — действующая высота измерительной антенны, м.
Для частот выше 1 ГГц обычно вместо напряженности поля исполь-
зуют плотность потока мощности, выраженную в ваттах на квадратный
метр:
120-тг
(6.14)
Из (6.13) следует, что антенна и вольтметр должны быть обязатель-
ными элементами всякого измерителя напряженности поля радиоволн.
Действующей высотой, или длиной, приемной антенны принято на-
зывать отношение напряжения холостого хода на ненагруженной ан-
тенне к напряженности этого поля. При этом имеется в виду, что со-
противление нагрузки равно бесконечности (в этом случае напряжение
на выходе антенны равно ЭДС, наведенной полем в антенне). Если это
условие не выполняется (а обычно так и бывает, так как для согласова-
ния требуется равенство входного сопротивления антенны и сопротив-
ления нагрузки), то напряжение на выходе антенны вычисляется по фор-
муле
г _
о 74 ГТ
(6.15)
Измерения параметров радиосигналов
223
|де Rn — сопротивление нагрузки; — выходное сопротивление ан-
тенны.
Таким образом, вместо известной действующей высоты антенны
необходимо использовать величину
Тогда для вычисления напряженности поля следует воспользоваться
формулой
E = U0/hap^. (6.17)
Эффективность, или коэффициент, калибровки приемной ан-
гины — это напряженность электрического поля Е плоской волны, де-
ленная на напряжение на выходе антенны Uo при ее номинальном со-
противлении нагрузки (которое обычно равно 50 Ом):
Кс = ^-. (6.18)
Из сопоставления (6 17) и 6.18) видно, что
Ke = Y^— (6-19)
*\д расч
Нередко вместо значения эффективности антенны указывается ко-
эффициент усиления антенны G относительно изотропной антенны. За
висимость между коэффициентом усиления изотропной антенны G и
эффективностью антенны К& определяется из формулы
1 /4tfZ0 9,73 f [МГц]
Ке = ——.—1 = -L— = (6.20)
A\/GV XVG 30,81VS
где Zo = 377 Ом; R„ = 50 Ом
Поскольку значения напряжения и напряженности поля обычно из-
меряются в дБ (мкВ) и в дБ (мкВ/м), то значения эффективности антен-
ны также приводятся в их логарифмической форме. Если ke = 201д(/<е)
и д = 10lg(G), то эффективность антенны ке указывается в дБ (м-1) как
ке = —29,77дБ - д + 201д(/ [МГц]), (6.21)
и, таким образом, уровень напряженности поля Е может быть опреде-
лен из уровня напряжения на выходе антенны Uo по формуле
Е [дБ (мкВ/м)] = v0 [дБ (мкВ/м)] + ке [дБ (м-1)]. (6.22)
Коэффициент калибровки ке иногда не включает ослабление ас фи-
дерного кабеля между антенной и измерительным приемником, в этом
случае данное уравнение должно быть дополнено (С70 — напряжение на
224
Глава 6
входе измерительного приемника) и принимает вид
Е [дБ (мкВ/м)] = vu [дБ (мкВ/м)] + ке [дБ (м-1)] + ас [дБ]. (6.23)
Например, на частоте 100 МГц антенна с усилением 6.5 дБ име-
ет эффективность 3,7 дБ. При входном напряжении UG = 33.4 дБ (мкВ)
и ослаблении кабеля ас = 1,1 дБ напряженность поля составит 38,2 дБ
(мкВ/м).
В случае автоматизированных комплексов вычисления производят-
ся автоматически, таблицы зависимостей коэффициентов калибровки
измерительных антенн от частоты хранятся в виде файлов и использу-
ются в программном обеспечении СМО-ППК, СМО ПА, СМО-ПАИ.
Особенности оценки распределения напряженности поля.
В структуре радиосигнала, принимаемого антенной движущегося объ-
екта, обычно присутствуют компонента с быстрыми замираниями, обу-
словленными многолучевым распространением, и медленно меняюща-
яся компонента, зависящая от макроструктуры трассы. Частота чере-
дования минимумов и максимумов принимаемого сигнала будет про-
порциональна скорости движения объекта, а их глубина определяется в
основном характером местности и особенностями объектов. В простей-
шем случае однократного отражения волны максимумы стоячих волн
будут следовать друг за другом через интервал Л/2, где А — длина вол-
ны радиосигнала. Например, на частоте 1000 МГц пространственный
интервал следования максимумов составит 0,15 м. В соответствии с
рекомендациями [188] для детальной оценки характеристик поля изме-
рения во время движения автомобиля должны проводиться на рассто-
яниях, меньших, чем длина волны.
Для того чтобы оценить вторую, медленно меняющуюся компонен-
ту напряженности поля, необходимо выбрать такой пространственный
интервал наблюдения D, чтобы на оценку локального среднего уже не
влияли быстрые замирания, с другой стороны, еще не было заметно
затухания, вызванного расстоянием. Очевидно, что по мере уменьше-
ния интервала наблюдения D полученное среднее значение будет все
больше отличаться от значения, полученного при усреднении на интер-
вале бесконечной длины. Расчеты и эксперимент показывают, что при
выборе интервала D = 40Л погрешность оценки среднего уже не будет
превышать 1 дБ, с другой стороны, при расстоянии от источника 1 км и
при дополнительном удалении на 300Д (Л <С 1 км) погрешность оценки
среднего за счет затухания будет весьма незначительной. Поэтому ин-
тервал наблюдения D для оценки медленных замираний поля рекомен-
дуется выбирать из условия 40Д < D < 300А. При частоте сигнала 1000
МГц интервал усреднения должен находиться в пределах от 12 до 90 м.
Измерение напряженности поля. В стационарной станции «Арча-
И» и мобильной станции «Аргумент-И» измерения напряженности по-
ля проводятся обычно с помощью измерительных приборов семейства
Измерения параметров радиосигналов
225
«Аргамак»: «Аргамак-И», «Аргамак-ИМ», «Аргамак-ИС», АРК-КНВ4, кото-
рые входят в состав второго поста. Напряженность поля вычисляется в
спектральной области или по временной выборке. С помощью аппара-
туры первого поста на основе двухканального панорамного приемника
возможно проведение оценочных измерений напряженности поля.
Энергетический спектр сигнала или значения временных отсчетов
корректируются с учетом калибровочной кривой измерительной антен-
ны, потерь в кабеле снижения и антенном коммутаторе. Узловые точ-
ки калибровочных кривых измерительных антенн хранятся в специаль-
ном файле. Перед выполнением измерений значения, соответствующие
используемой в данный момент антенне, считываются из этого фай-
ла, недостающие значения калибровочной кривой восполняются путем
сплайн-интерполяции
Все панорамные измерительные приемники поддерживают одно-
канальный и многоканальные режимы измерения напряженности. При
этом погрешность измерения уровня сигнала, посгупающего на вход
приемника, с дополнительной калибровкой тракга не превышает 1,5 дБ.
Серьезной проблемой для стационарных станций радиоконтроля
является необходимость использования длинного высокочастотного
кабеля снижения от измерительной антенны, размещенной на крыше
здания или на мачте до входа приемника, находящегося внутри стан-
ции Чем длиннее кабель снижения, тем хуже будет чувствительность
измерительной системы за счет потерь и собственного шума кабеля,
тем сильнее будет проявляться антенный эффект, а следовательно, ста-
новится хуже точность измерения уровней, напряженности поля и плот-
ности потока мощности сигналов. Для проведения измерений необ-
ходим кабель снижения, имеющий калибровочную таблицу для все-
го диапазона рабочих частот и подтверждающий ее государственный
сертификат.
Малошумящий предварительный усилитель, установленный на из-
мерительной антенне, на первый взгляд кажется хорошим решением
указанной проблемы, но его использование весьма проблематично, по-
скольку во избежание уменьшения динамического диапазона приемни-
ка требуется согласование его коэффициента усиления с частот незави-
симыми потерями в кабеле снижения. Кроме того, усилитель должен
иметь очень большой динамический диапазон, свободный от интермо-
дуляций, поскольку измерительная антенна, как правило, широкополос-
ная. Предварительный усилитель должен иметь высокую стабильность
параметров в рабочем диапазоне температур, калибровочную табли-
цу зависимости усиления от частоты для всего диапазона рабочих ча-
стот. Кроме того, он, как и кабель снижения, должен иметь соответ-
ствующий сертификат.
Целесообразно решать данную проблему за счет максимального
сокращения длины высокочастотного кабеля, т.е. измерительный при-
емник желательно размещать в непосредственной близости от измери-
Рис. 6.3. Вариант измерительной системы, состоящей из «Аргамак-ИС»,
АРК-КНВ4, поворотнсго устройства и измерительных антенн
тельной антенны, как это сделано в панорамном измерителе напряжен-
ности поля «Аргамак-ИС», который рассматривался в разд. 2.10. В при-
боре преобразователь радиосигналов АРК ПС5 встроен непосредствен-
но в антенную систему, по кабелю снижения в блок аналого-цифровой
обработки сигнал передается на промежуточной частоте, при этом дли-
на кабеля снижения может достигать нескольких сотен метров, стано-
вится возможным применение недорогого коаксиального кабеля мало-
го диаметра, удобного для монтажа. Кроме того, это решение делает
возможным калибровку кабеля снижения только в одной точке, соот-
ветствующей промежуточной частоте.
На рис. 6.3 изображена струкгурная схема измерительной системы,
состоящей из панорамного измерителя напряженности поля «Аргамак-
ИС», выносного конвертора АРК-КНВ4, опорно-поворотного устройства
и измерительных антенн, а на рис. 6.4 показана компоновка ее элемен-
тов на опорно-поворотном устройстве АРК-УП1, включающая блок вы-
носного датчика поля «Аргамак-ИС», рупорную измерительную антенну
и две логопериодические антенны.
Поворртное устройство АРК-УП1 обеспечивает поворот по азимуту
в диапазоне углов ±180° с точностью установки угла не хуже 5°, при
этом время поворота на максимальный угол составляет не более полу
тора минут Кроме того, устройство менять поляризацию антенн, путем
поворота траверс, как показано на рис. 6.4.
В программном обеспечении СМО ПАИ вычисление напряженно-
сти поля в заданной полосе можно осуществлять как по спектру, так и
по временной выборке с помощью цифровых пикового, квазипикового и
среднеквадратического детекторов. На рис. 6.5 показано окно програм-
мы СМО-ПАИ в режиме измерения напряженности поля. Измерение
напряженности поля производится для участка спектра, выделенного
оператором. Так, на рис. 6.5 показан случай измерения напряженности
поля для радиостанции на частоте 72,1 МГц. Полученное значение со-
ставило 45 дБмкВ/м. В режиме одноканального измерения на графике,
расположенном в левой части окна, выводится гистограмма распреде
а) б)
Рис. 6.4. Компоновка элементов измерительной системы на опорно-поворот-
ном устройстве для двух вариантов поляризаций антенн
пения напряженности поля, построенная по выборке вычисленных зна-
чений. Во время движения станции по форме гистограммы оператор
может определить наличие интерференции.
При использовании мобильной станции «Аргумент» возможны не-
сколько методов измерений:
• измерение напряженности ноля в движении;
Рис. 6.5. Одноканальное измерение напряженности поля
228
Глава 6
• измерение напряженности поля на стоянках;
• комбинированный метод, который предполагает проведение изме-
рений и на стоянках, и в движении.
При работе используются сертифицированные измерительные ан-
тенны, устанавливаемые на поворотной диэлектрической телескопиче-
ской мачте, прикрепленной к кузову автомобиля.
Расчет распределения напряженности поля на местности. На-
пряженность поля, создаваемого ИРИ, в точке приема определяется как
поле свободного пространства, умноженное на коэффициент ослабле-
ния на трассе распространения радиоволн.
Напряженность поля сигнала Е, В/м, в точке приема определя-
ется по формуле [84]
Е = ^30^cGc д (6.24)
da
где Рс — мощность передатчика радиостанции, Вт; Gc — коэффициент
усиления антенны передающей радиостанции; d0 — длина трассы, м;
L — дополнительный множитель ослабления (потерь) на трассе радио-
связи.
Выраженная в децибелах относительно 1 мкВ/м, формула (6.24)
имеет вид
Е [дБ(мкВ/м)] = 134,77+ 10lg(PcGc) - 20lgd0 + L [дБ]. (6.25)
Расчет дополнительного множителя ослабления на трассе радио-
связи является сложной задачей. Можно выделить следующие основ-
ные факторы, существенно влияющие на распространение радиоволн
[24]: рельеф местности; городская застройка; растительность. Их учет
осуществляется тремя способами: детерминированным, статистиче-
ским и комбинированным. К первому относят главным образом ме-
тоды, основанные на геометрических приближениях теории дифракции.
Они позволяют произвести расчеты напряженности поля, но предъявля-
ют высокие требования к достоверности математической модели среды
распространения радиоволн. Статистические методы учитывают слу-
чайный характер распределения неоднородностей, оказывающих влия-
ние на процесс распространения радиоволн. Они позволяют предска-
зать некоторые средние значения затухания сигналов. Комбинирован-
ные методы являются сочетанием первых двух.
Исходная информация, содержащаяся в цифровых картах местно-
сти, как правило, недостаточна для проведения расчетов детермини-
рованным методом. Поэтому целесообразно использовать комбиниро-
ванный метод расчета. Учет данных о рельефе местности, застрой-
ке, лесных массивах должен сочетаться со статистическими оценками
эффектов распространения, связанных с подстилающей поверхностью,
Измерения параметров радиосигналов
229
распределения поля внутри кварталов и лесных массивов. Кроме то-
го, следует осуществлять коррекцию расчетов по результатам натурных
измерений в отдельных точках местности.
Учет рельефа местности является важнейшим фактором при рас-
чете трасс в условиях пересеченной местности. Наиболее часто для
оценки влияния рельефа местности используются приближенные фор-
мулы, приведенные в докладах МККР (ныне ITU-R) [219]. Они осно-
ваны на статистической обработке реальных измерений для опреде-
ленных типов рельефа, но не учитывают характеристики конкретных
ipacc распространения
В то же время наличие сведений о рельефе местности в цифро-
вых картах и производительность современных ПЭВМ позволяют ре-
шать достаточно сложные задачи на основе расчета отдельных трасс
радиосвязи. С другой стороны, применение численных методов элек-
фодинамики, имеющих высокую точность, часто ограничено малой ин-
формативностью и достоверностью цифровых карт. Потому в послед-
нее время широко распространен подход, сочетающий учет характе-
ристик рельефа конкретных трасс и результаты статистической обра-
ботки реальных измерений.
Так, для расчета дифракционных потерь, являющихся важнейшей
составляющей множителя ослабления на приземных трассах радиосвя-
зи, применяется следующий метод [102]. Считается, что на трассах,
проходящих над среднепересеченной и горной местностью, углы ди-
фракции обычно не превосходят 5°, при этом радиус кривизны каждого
препятствия много меньше земного радиуса. Препятствия обычно за-
даются в виде сферы. При этих условиях дифракционные потери £д,
дБ, относительно свободного пространства могут быть рассчитаны (для
одного препятствия на трассе) по формуле:
-К
6,6.г°’75т/’5
£д = -6,4 - 201g
/ 18,36»
[ 1 Vzo’2V,50
для 0 > 0\
для 6 < 0 / ’
(6.26)
н
где
3 10—^d ( / f A
ж = —. . . °; j/=14,9\ZR/; /С„=ехр -0,5?/^ ; (6.27)
j dfidf) \ V R 1
dQ — длина трассы, км; da и dh — расстояния от конечных точек трас-
сы до пересечения касательных к препятствию, км; f — частота, ГГц;
0 — угол дифракции, рад.; В — радиус кривизны препятствия, км; Кн —-
дополнительный множитель, учитывающий рассеяние радиоволн на ше-
роховатостях вершины.
230
Глава 6
Даже для трасс с одиночным препятствием результаты измерений
и расчетов ослабления нередко расходятся. Как правило, расчетное
ослабление получается больше, чем измеренное. Расхождение возрас-
тает с увеличением частоты, достигая на сантиметровых волнах боль-
ших значений. Вероятно, что это связано с небольшими неровностя-
ми вершин препятствий и их несферической формой. Особенно такое
различие проявляется в горной местности, где вершины чаще быва-
ют клиновидными, чем округлыми. Сравнение результатов расчетов
и многочисленных измерений привело к введению в (6 26) дополни-
тельного множителя /<„.
В [102] представлена полуэмпирическая модель для расчета ди-
фракционного ослабления радиоволн на произвольном числе реальных
препятствий на трассе. Ослабление, вносимое г-м препятствием, при
положительном угле дифракции (0 > 0) рассчитывается по (6.26).
Полное дифракционное ослабление на трассе с несколькими пре-
пятствиями складывается из ослаблений на каждом препятствии. Сле-
дует, конечно, учитывать взаимное влияние соседних препятствий. Од-
нако для реальных препятствий отсутствуют какие-либо приемлемые
оценки степени такого влияния. Из общих соображений ясно, что это
влияние растет при уменьшении расстояния между препятствиями и
уменьшается с увеличением угла дифракции В [230] приведена по-
луэмпирическая формула для расчета ослабления при дифракции на
нескольких препятствиях, учитывающая их взаимное влияние:
Ьд - + Ьд2 + Ln3 +
(6.28)
- 0,64min(Lfll,Lfl2)arctg < 0,72
min(LM,LA2)0
т1П(£д1,£д2)
— 0,64min(£D2,££)3)arctg < 0,72
min(Lfl2,Lw3)o
min(La2,Lfl3)
Учет городской застройки. Городская среда создает специфиче-
ские условия для распространения радиоволн. Теневые зоны, много-
кратные отражения и рассеяние волн формируют поля со сложной ин
терференционной структурой и резкими пространственными изменени-
ями уровня сигнала. В городских условиях можно выделить следующие
основные элементы, влияющие на распространение радиоволн:
• направляющие структуры (проспекты, улицы, участки рек, контакт-
ные линии городского электротранспорта и др.);
• отдельное здание или группы зданий;
• поверхность Земли и препятствия на ней (автомобили, столбы, за-
боры и т.п.);
• участки растительности (парки, скверы, дворовые насаждения
и пр.);
• рельеф местности.
Измерения параметров радиосигналов
231
Для условий города в настоящее время существует целый ряд ма-
тематических моделей, дающих возможность рассчитать усредненное
значение принимаемой мощности в зависимости от различных парамет-
ров. Большинство из них являются почти полностью эмпирическими.
Исторически первыми явились эмпирические графики, полученные
Дж. Окамурой [235] и позволяющие определить медианное значение
сигнала в условиях статистически однородного города, а также в какой-
то степени учесть те или иные особенности города или отдельных го-
родских районов.
По графикам, полученным Окамурой, различными авторами были
выведены аналитические выражения для расчета поля. Модель, раз-
работанная К. Олсбруком и Дж. Парсонсом, позволяет предсказать по-
тери при распространении [222]:
L- Lp + у (Lp - Lp)- + L2d + LB + 7, (6.29)
где Lp — потери в свободном пространстве, дБ, которые рассчитывают-
ся по формуле
Lp = 32,45 + 201g / + 201g d0; (6.30)
f — рабочая частота, МГц; dri — расстояние между передающей и при-
емной антеннами, км; Lv — потери распространения над плоской зем-
лей, дБ, которые могут быть рассчитаны следующим образом.
Lp = 120 - 20lg/im - 20lg hb + 40lgd0; (6.31)
h.m, h.b — высота приемной и передающей антенн соответственно, м;
£д — дифракционные потери, дБ, обусловленные характером релье-
фа местности; Д, — потери, вызванные наличием городской застройки,
дБ, рассчитываемые по формуле
(/zn \
-L—LL + 16; (6.32)
\/dX /
Л — длина волны, м; d — эффективная ширина улицы, на которой рас-
положена приемная антенна, м; h0 — средняя высота зданий вблизи
приемной антенны, м; Ьт — высота приемной антенны, м; 7 — по-
правочный коэффициент, зависящий от частоты, причем 7 = 0 при
f < 200 МГц, а для f > 200 МГц значение определяется по специ-
альному графику [222].
Усредненные эмпирические формулы для расчета потерь распро-
странения в децибелах для города позволяют определить затухание с
точностью до 7... 17 дБ [132].
На рис. 6.6 приведены примеры трасс распространения радиоволн,
для которых возможно уточнение расчетов ослабления с применением
детерминированных методов на основе использования цифровых карт.
232
Глава 6
Рис. 6.6. Примеры основных трасс распространения радиоволн в городе а —
открытая трасса распространения вплоть до начала квартала застройки и расчет
внутриквартального затухания (при высоте приемной антенны ниже средних вы-
сот домов); б — закрытая трасса с дифракцией радиоволн на краях крыш зданий
(здания заменяются клиновидными полупрозрачными препятствиями); в — трас-
са с открытыми и закрытыми участками — сигнал является суммой дифракцион-
ной и отраженной составляющей
Учет влияния растительности. Наиболее существенное влияние
на условия распространения радиоволн в лесопарковых зонах оказыва-
ют следующие факторы: порода (вид) деревьев, плотность их распо-
ложения, высота и форма кроны. Следует иметь в виду, что плотность
листвы в кронах деревьев зависит от времени года, а электрические
характеристики древесины значительно зависят от погодных условий.
Очевидно, что учет всех факторов, определяющих условия распростра-
нения радиоволн в лесопарковых зонах, невозможен без применения
статистических методов.
При затенении приемной антенны лесным массивом дополнитель-
ное ослабление, вносимое лесом, определяется как
Ьл=алЛ,1у (6.33)
где — погонное ослабление сигнала в лесу, дБ/м; Rn — длина пути
в лесу, м (рис. 6.7). Ослабление, вносимое лесом, возрастает толь-
ко до определенного значения и далее остается примерно на том же
уровне вследствие приема волны, огибающей лес. По грубой оценке
ослабление в дециметровом диапазоне может достигать около 30 дБ.
Описываемый метод расчета, строго говоря, пригоден для случая,
когда в лесу расположены обе антенны (передатчика и приемника). На
трассе, показанной на рис. 6.7, возникнут дополнительные потери при
«вхождении» волн в лесной массив.
Измерения параметров радиосигналов
233
Рис. 6.7. К расчету дополнительного
ослабления за счет леса
Рис. 6.8. Зависимость погонно-
го ослабления в лесу от частоты
и поляризации 1 — горизонталь-
ная поляризация; 2 — вертикаль-
ная поляризация
Существует множество моделей расчета погонного ослабления и
экспериментальных данных, полученных для различных условий. При-
мер графиков зависимости погонного ослабления от частоты и поляри-
зации сигнала для трасс в смешанном лесу приведен на рис. 6.8.
Для поля вертикальной поляризации ослабление несколько выше,
чем для горизонтальной поляризации, что обьясняется влиянием вер-
тикальных стволов деревьев [193].
Расчет напряженности поля в программе СМО-КН. При расчете
напряженности поля сигнала в программе СМО-КН учитывается влияние
следующих факторов, как отдельно, так и в любых сочетаниях: релье-
фа местности; кварталов застройки; переотражений от кварталов за-
стройки; участков растительности; диаграммы направленности антенны
передатчика; высоты подъема антенны передатчика.
Для представления распределения напряженности поля на карто-
графическом фоне в СМО-КН используется цветовое представление ин-
тенсивностей, при этом используется геодезическая палитра цветов. С
помощью перемещения порога на карте можно отображать зоны, для
которых значение напряженности поля превышает заданную величину.
На рис. 6.9 приведены результаты теоретического расчета зоны
уверенного приема звукового сопровождения 37-го ТВ канала (верти-
кальная поляризация) с учетом характеристики диаграммы направлен-
ности антенны, при этом порог отображения 61 дБмкВ/м выбран для
визуализации зоны уверенного приема. Данные результаты имеют хо-
рошее совпадение с результатами измерений напряженности поля, сде-
ланное службами радиочастотного центра в соответствии с действу-
ющими инструкциями.
На рис. П21 цветной вклейки приведены результаты теоретическо-
го расчета напряженности поля сигнала только с учетом рельефа мест-
ности и подстилающей поверхности, но без учета влияния застройки
и растительности, а на рис. П22 — резульгаты расчета с учетом всех
234
Глава 6
Рис. 6.9. Распределение напряженности поля по результатам теоретических
расчетов (ограничено зоной уверенного приема)
Рис. 6.10. Пример расчета напряженности поля сигнала без учета и с учетом
переотражений от кварталов городской застройки
Измерения параметров радиосигналов
235
факторов. Как видим, результаты этих двух расчетов существенно от-
личаются друг от друга.
На рис. 6.10 приведены результаты теоретического расчета напря-
женности поля сигнала без учета и с учетом переотражений от квар-
1алов городской застройки. При расчете переотражений учитываются
юлько кварталы, находящиеся вдоль трассы распространения, как да-
ющие наибольший вклад, боковые (вне трассы) переотражения не учи-
1ЫВЭЮТСЯ из-за больших алгоритмических и вычислительных проблем.
Гем не менее сравнение результатов с учетом и без учета переотраже-
пий доказывает важность такого учета, поскольку на некоторых участках
за счет переотражений уровень сигнала меняется на 2...5 дБ.
Обработка измерений напряженности поля. В программе СМО-
КИ в базе данных истории сохраняются все поступившие данные о на-
пряженности поля и навигации Для анализа накопленных данных име-
ются следующие возможности:
• отбор значений для расчета по конкретной частоте (источнику);
• отбор данных для расчета распределения напряженности поля в
выбранной области;
• отбор данных для расчета по произвольному интервалу времени;
• прокрутка маршрута движения мобильной станции с графическим
и текстовым отображением данных;
• полная имитация сеанса работы, когда накопленные данные по-
ступают из файла истории;
• расчет распределения напряженности поля на местности с учетом
выбранных влияющих факторов;
• расчет и отображение зоны уверенного приема источника радио-
излучения с учетом измерений напряженности;
• определение местоположения ИРИ и их предполагаемых характе-
ристик;
• формирование отчетов с результатами измерений.
Для построения диаграммы распределения поля на местности по
результатам измерений применяется метод Шепарда, известный также
под названием метода обратных взвешенных расстояний. В этом ме-
тоде при интерполяции искомая напряженность в точке с координатами
(;т, у) для каждой точки матрицы находится как линейная комбинация
значений в базовых точках и веса каждой базовой точки, т.е.
?/) = Г гиДгг, У№й (6.34)
где п — число базовых точек; Ei — напряженности в базовых точках;
— вес базовой точки,
1 п 1
= (635)
г J=l J
Wi(x, у)
236
Глава 6
р — параметр степени, характеризующий уменьшение веса базовой точ-
ки с увеличением расстояния; d-i(x, у) — расстояние между г-й базовой
точкой и интерполируемой точкой (х,у).
В программе СМО-НК используется модификация метода обратных
взвешенных расстояний, в которой вес базовой точки определяется по
формуле
z ч (R-dA2 (R-dA2
Wi{X’= {~Rd~) / g {~Rd~) ’ (6 36>
где R — расстояние до самой далекой базовой точки, т.е. R - max d?;.
1
Мобильная станция радиомониторинга «Аргумент», способная про-
водить замеры напряженности поля в движении, позволяет решать за-
дачу восстановления так называемого электромагнитного рельефа
местности для заданного участка частотного диапазона с учетом всех
зарегистрированных радиопередатчиков, индустриальных помех, не-
санкционированных источников. При этом точность расчетов опреде-
ляется числом измерений, их плотностью и регулярностью.
В отдельных случаях (например, при предположении о наличии од-
ного доминирующего источника в некотором локальном районе) можно
существенно облегчить задачу на основе применения теоретических ме-
тодов.
Определение местоположения ИРИ. Использование мобильной
измерительной станции позволяет решать задачи по определению ме-
стоположения ИРИ и их предполагаемых характеристик на основе за-
меров напряженности поля без пеленгования.
Метод определения местоположения ИРИ основан на минимизации
СКО расчетных напряженностей поля в случае нахождения источника в
предположительной точке матрицы от результатов измерения:
п
(х, у) = arg min YjE; - Eri(xm, ym)f, (6.37)
ч '
2=1
где (ж, у) — искомые координаты источника; (хт, ут) — координаты точ-
ки района поиска источника; п — число измерений (базовыхточек); Ej —
напряженности в базовых точках; £тг(.тт, ут) — расчетная (теоретиче-
ская) напряженность в базовых точках, полученная с помощью использу-
емой модели распространения радиоволн при предположительном на-
хождении источника в точке (хт,ут)-
Местоположение ИРИ может определяться как после сеанса изме-
рений, так и непосредственно в процессе проведения измерений при
движении станции по маршруту.
При определении местоположения ИРИ рекомендуется:
• для формирования начальных данных о градиентах, напряженности
поля проехать несколько километров в одном направлении, затем
примерно такое же расстояние в перпендикулярном направлении;
Измерения параметров радиосигналов
237
• на начальном этапе использовать теоретическую модель распро-
странения радиоволн без учета рельефа местности и других пара-
метров (в этом случае расчеты проводятся с высокой скоростью в
реальном времени при любом числе измерений);
• ориентируясь на район возможного нахождения ИРИ, выбрать
маршрут, охватывающий этот район, пытаясь заехать с другой сто-
роны ИРИ, одновременно уменьшая до него расстояние (маршрут
в форме улитки);
• после локализации ИРИ с точностью 1...2 км уменьшить область
измерений до 3...4 км вокруг источника, оставив в ней не менее
20-30 измерений, перейти к модели распространения радиоволн с
учетом рельефа местности, застройки, растительности.
Описанная выше процедура поиска ИРИ в движении иллюстриру-
ется последовательностью кадров, представленных на рис. П23 вклей-
ки. Точность определения местоположения ИРИ в данном примере
с использованием модели распространения радиоволн без учета ре-
льефа местности, застройки и растительности составляет около одно-
го километра, с учетом рельефа местности, застройки и раститель-
ности — менее 100 м.
Проверка заявленных характеристик передатчиков. При помо-
щи программы СМО-КН могут решаться задачи уточнения заявленных
(лицензионных) характеристик ИРИ (например, мощность передатчи-
ка, параметры диаграммы направленности антенны в вертикальной и
горизонтальной плоскостях, высота подвеса антенны и ее координа-
ты) по результатам измерений напряженности поля сигнала. При этом
могут использоваться измерения, сделанные в разное время, в раз-
личных погодных условиях, разными средствами измерений, отличаю-
щимися высотой антенны, — предусмотрен алгоритм приведения ре-
зультатов к единым условиям.
Для уточнения различных характеристик требуются разные объе-
мы экспериментальных данных. Например, для уточнения мощности
передатчика оказывается достаточным сделать несколько десятков из-
мерений уровня электромагнитного поля (примерно 20-30), в то вре-
мя как для уточнения параметров диаграммы направленности антенны
необходимо увеличение числа измерений на два или даже три поряд-
ка. В последнем случае измерения должны проводиться на кольце-
вых маршрутах передвижения измерительного комплекса вокруг РЭС и
на разных удалениях от него. На рис. 6.11 представлено теоретиче-
ское распределение напряженности поля сигнала передатчика в соот-
ветствии с заявленной мощностью, равной 30 Вт, высотой антенны и
ее диаграммы направленности.
Задача решается на основе автоматического дискретного перебо-
ра значений мощности из диапазона, задаваемого оператором, с це-
лью поиска такого значения мощности, который обеспечит максималь-
ное совпадение результатов измерений с теоретическими расчетами.
238
Глава 6
Рис. 6.11. Теоретическое распределение напряженности поля сигнала
источника
На рис. 6.12 представлены результаты уточнения напряженности поля
сигнала по результатам измерений, при этом уточненная мощность пе-
редатчика составила всего 6 Вт.
Для проверки правильности расчетов вернемся к задаче восста-
новления напряженности поля сигнала на основе результатов измере-
ний для случая, когда можно предположить наличие одного доминиру-
ющего ИРИ в некотором локальном районе. Задачу решаем следую-
щим образов: на основе применения рассмотренных выше теоретиче-
ских методов и алгоритмов с использованием измерений напряженно-
сти поля определяем местоположение ИРИ и его прогнозируемые ха-
рактеристики, азатем, зная местоположение источника и его мощность,
проводим теоретический расчет напряженности поля. Полученное рас-
пределение поля практически совпадает с теоретическим, показанным
на рис. П21, и полем, уточненным по результатам измерений, изоб-
раженным на рис. 6.12.
Расчет электромагнитной совместимости. Важнейшей задачей
измерений и расчетов является расчет показателей электромагнитной
совместимости ИРИ — уровня взаимных помех. На рис. 6.13 приведе-
ны результаты расчета участков конфликтного приема сигналов от двух
передатчиков (их расположение показано стрелками), рассчитанные на
основе защитных отношений — предельных отношений напряженности
Измерения параметров радиосигналов
239
Рис. 6.12. Уточненное распределение напряженности поля сигнала
по результатам измерений
Рис. 6.13. Участки конфликтного приема сигнала от двух радиостанций
полезного и мешающего сигналов для обеспечения условий устойчи-
вого приема. Серым (зеленым на экране монитора) цветом показана
240
Глава 6
зона уверенного приема от радиостанции 1, светлосерым (синим) —
зона уверенного приема от радиостанции 2, черным (красным) — участ-
ки конфликтного приема.
6.5. Программа СМО-СТА для
автоматизированного анализа
радиосигналов
Возможности программы СТА и ее функциональная схема.
Программа СПА является составной частью программного пакета спе-
циального математического обеспечения автоматизированных комплек-
сов радиомониторинга и предназначена для технического анализа ра-
диосигналов — определения типа модуляции и измерения их парамет-
ров [42]. Программа обеспечивает анализ сигналов на радиочастоте,
детектированных сигналов и сигналов, передаваемых на поднесущих.
Анализ может осуществляться как в реальном времени, так и в отло-
женном режиме по записанным данным.
В программе реализованы следующие функции:
• управление аппаратным комплексом;
• отображение сигналов с масштабированием по времени и амп-
литуде;
• отображение спектров сигналов с различным разрешением и мас-
штабированием по частоте;
• отображение сигналов на фазовой плоскости;
• полосовая фильтрация сигналов;
• сдвиг сигналов по частоте (для более точной настройки и для де-
модуляции сигналов на поднесущей);
• амплитудное, частотное и фазовое детектирование радиосигналов;
• амплитудное, частотное и фазовое детектирование сигналов пе-
редаваемых на поднесущей;
• определение частотных и временных параметров радиосигналов;
• определение полосы радиосигналов;
• возведение сигналов в квадрат и четвертую степень для распозна-
вания вида модуляции;
• отображение временных и амплитудных гистограмм радиосигналов
для распознавания цифровых видов модуляции;
• отображение графиков максимальной и минимальной девиации для
определения структуры сигналов;
• сохранение параметров анализа и демодуляции сигналов;
• автоматическая настройка параметров демодуляции из сохранен-
ных файлов конфигурации (для быстрой выбора демодуляторов в
соответствии со стандартными протоколами передачи данных);
• запись сигналов на жесткий диск.
Измерения параметров радиосигналов
241
Рис. 6.14. Функциональная схема программы технического анализа сигналов
Функциональная схема программы технического анализа представ-
лена на рис. 6.14.
Комплексные отсчеты входного высокочастотного сигнала поступа-
ют на вход модуля сдвига частоты. Для детектирования сигнала сдвиг
осуществляется на нулевую частоту.
Далее сигнал поступает на полосовой фильтр, применение которо-
го в ряде случаев позволяет увеличить отношение сигнал/шум Фильтр
реализован в виде цифрового нерекурсивного фильтра 127-го порядка
с конечной импульсной характеристикой. Фильтр имеет амплитудно-
частотную характеристику, близкую к прямоугольной, и линейную фазо-
частотную характеристику.
После полосового фильтра сигнал может быть возведен в 1-ю, 2-ю
или 4-ю степени для распознавания фазоманипулированных сигналов.
Далее сигнал и его спекчр отображается на графиках в режиме ана-
лиза радиосигнала RF
Для анализа вида модуляции выбирается один из детекторов: ча-
стотный, амплитудный, фазовый или относительный фазовый. Сиг-
нал после детектирования можно дополнительно обработать с помо-
щью второго полосового фильтра. Осциллограмма и спектр детектиро-
ванного и подвергнутого фильтрации сигнала отображаются в режиме
анализа детектированных сигналов D1.
Для анализа сигнала на поднесущей детектированный сигнал пре-
образуется в комплексный вид, сдвигается на нулевую частоту и прохо-
дит через полосовой фильтр. Дополнительно сигнал может быть возве-
ден в степень для распознавания фазовой манипуляции. После такой
обработки сигнал отображается на графиках (в режиме D1 при нажа-
той кнопке «Сдвиг частоты»).
242
Глава 6
Для демодулирования сигнала на поднесущей может быть выбран
частотный, амплитудный, фазовый или относительный фазовый детек-
тор из второго набора. Детектированный сигнал на поднесущей также
может быть подвергнут фильтрации с помощью третьего полосового
фильтра, после чего он отображается на графиках в режиме анали-
за на поднесущей D2.
Примеры определения вида и параметров модуляции радио-
сигналов. После загрузки управляющей программы «Диспетчер» про-
грамма СМО-СТА запускается щелчком по иконке программы на панели
Диспетчера.
При работе с аппаратурой в реальном времени первым действи-
ем является настройка на частоту исследуемого сигнала. Это можно
сделать набором конкретного значения в окошке ввода частоты на па-
нели управления аппаратурой и дополнительной подстройкой с помо-
щью стрелок упомянутого окошка. Если анализ сигнала происходит по-
сле его обнаружения в других программах пакета, то настройка при
переходе в СТА осуществляется автоматически. Следующим шагом мо-
жет быть включение аттенюаторов или усилителей в зависимости от
уровня сигнала и применяемых антенн. Затем следует выбрать наи-
более подходящую полосу анализа в зависимости от ширины полосы
частот, занимаемой сигналом.
Для анализа сигнала в отложенном режиме требуется записать
файл с временными выборками этого сигнала. Процесс записи ини
циируется нажатием кнопки «Записать» на окне записи сигналов. Окно,
в свою очередь, вызывается красной кнопкой на панели управления ап
паратурой или дублирующей командой «Запись» в меню «Режим». В
этом же окне есть установка времени записи. Отложенный анализ сиг-
нала будет проводиться только в той полосе и с теми настройками, с
которыми велась запись. Частота, на которой проводилась запись, ука-
зывается в названии файла с расширением .taf.
Для загрузки файла с данными о сигнале в программе имеется
стандартная операция «Открыть файл». Анализ файлов возможен и без
подключения к аппаратуре. Программа технического анализа в этом
случае запускается прямо из своего каталога.
Анализ AM сигнала. Распознать обычный AM сигнал можно по
трем характерным спектральным составляющим: несущей частоты и
двух зеркально симметричных относительно нее боковых полос. Для
различения с малоиндексной угловой модуляцией дополнительно сле-
дует обратить внимание на векторную диаграмму.
В окне программы СТА, приведенном на рис. 6.15, при анали-
зе файла с записью AM колебания отчетливо видны указанные спек-
тральные составляющие. Судя по небольшой ширине боковых полос,
модулирующее колебание, скорее всего, гармоническое. Перемеще-
нием маркера на максимум боковой составляющей можно измерить
Измерения параметров радиосигналов
243
Нид уткчнты OrtDW ГЪПОЦЬ
4 Й? ► # И <? 'А Я/ D 01 А ?
Рис. 6.15. Окно программы СТА при анализе AM сигнала на радиочастоте
частоту модулирующего колебания. Результат измерения считывает-
ся слева от окна вывода спектра в строчке MX (положение маркера
на горизонтальной оси).
Векторная диаграмма сигнала отображается в дополнительном ок-
не «Фазовая плоскость». На рисунке видно, что при записи сигнала не
было точной настройки на его центральную частоту поскольку сигналь-
ный вектор вращается с некоторой скоростью, изменяясь по модулю
(«лепестковая» векторная диаграмма). Осуществить подстройку можно
с помощью группы кнопок «Сдвиг частоты» (точная подстройка происхо-
дит при дополнительном нажатии клавиши Ctrl). Результат подстройки
виден на рис. 6.16, где векторная диаграмма уже имеет вид близкий
к теоретическому для AM сигнала.
На этом же рисунке отображен спектр и временная диаграмма де-
модулированного с помощью AM детектора сигнала. Как и следовало
ожидать, модулирующий сигнал является практически синусоидальным.
В окне отображения спектра можно уточнить его частоту, переместив
маркер на максимум спектрального отображения детектированного сиг-
нала. Для удобства шкала отображения спектра растянута с помощью
группы кнопок «Шкала спектральной частоты».
На рис. 6.17 приведено окно программы С ГА отображающее ги-
стограмму амплитуд сигнала. Для более подробного рассмотрения оно
развернуто на весь экран с помощью команды «Развернуть/Восстано-
вигь окно» в меню «Утилиты». При выделении области отображения
244
Глава 6
Рис. 6.16. Окно программы СТА при анализе детектированного сигнала после
дополнительной подстройки
j
СыГ«П но
Г »р ‘ ЛИ
Спвми ' &с*нвкмгягнсТ1Хрлгл> M>*A1hhaoU4!W>« ! !
iA»Wfb WHM
Рис. 6.17. Окно «Амплитудная гистограмма» для измерения глубины
амплитудной модуляции
for»* рил I уцинты псилц»
г . а<- ; Ifi„ •< 4 V : Ч>* •: Г4
P.yj.ууигм.уа ГкЖЛМТЬП М-ЙСН*СЛ’Ч-S
Измерения параметров радиосигналов
245
Рис. 6.18. Окно программы СТА при анализе ЧМ сигнала на радиочасготе
гистограммы автоматически вычисляется глубина модуляции, которая
считывается в верхней строчке графы «Выд, %» информационного табло
слева от окна.
Анализ ЧМ сигнала. ЧМ сигнал можно распознать по векторной
диаграмме и наличию девиации частоты. На рис. 6.18 приведено ок-
но программы при анализе файла ЧМ сигнала с гармоническим моду-
лирующим сигналом. На спектре видна характерная для этого случая
спектральная «гребенка», составляющие которой отстоят друг от друга
на расстояние, равное частоте модуляции. С помощью маркера этот
разнос можно измерить. Векторная диаграмма представляет собой
окружность, что соответствует ЧМ.
На рис. 6.19 проиллюстрировано измерение девиации частоты ЧМ
сигнала по гистограмме амплитуд на выходе ЧМ детектора. Данная
процедура может задаваться на вкладке «Амплитудная гистограмма» в
режиме анализа детектированного сигнала путем выделения области
от края до края «колодца». Значение девиации считывается во второй
строчке «Выд/2, кГц» информационного табло слева. Дополнительную
проверку правильности измерения можно провести, помещая маркер на
максимумы детектированного сигнала на временной диаграмме. Зна
чение девиации считывается опять же слева от этого окна в строке MY
(положение маркера на вертикальной оси).
Анализ сигнала FFSK. Сигнал FFSK представляет собой частотно-
модулированный сигнал, модулирующим же сигналом является частот-
246
Глава 6
Отв Вид Упмэйгы Стж Погмод
Рис. 6.19. Окно программы СТА при измерении девиации частоты по
амплитудной гистограмме демодул и рованного ЧМ сигнала
ФгАл Ра»^м £нд Утитои lYwcib
S5 > GJ Q О Rf D 02; Л t 7"- ....................................•
_____________ Дето тдоеднтйсвгмзя £мп1кчнмхикк.ущоА .
«Я ► Io 3 ! s'7 с -1 -ДМ “q£t ОФЯ ; ' $*2 $4 I .....W ФМ О«Р« Afrcw.-rp |
[4 • ► 1 П*? С*и>г ► ч( ► ПФ Сцыгч^лы 4 > - 4 > и®
I Спекго •
Рис. 6.20. Окно программы СТА при анализе сигнала FFSK на радиочастоте
Измерения параметров радиосигналов
247
Рис. 6.21. Определение девиации частоты радиосигнала FFSK по графику
девиации
Рис. 6.22. Определение частоты поднесущей FFSK по максимуму спектра
детектированного сигнала
248
Глава 6
ПФ
Ин»срг.Ш4)гД
bh-.Yra
0200
2-100
Гбюиг» Ф<иави*№с*лсть j
• Dcbs^banAizeQji.i.eft
I Г Ьм Фк ОФк
Фаш Ьхд Ущгмты 0WM ГЪкшь
u£W ► &? $ z? jM& fir D <«: А ?
Р^11МХ441МА'- - - • Г £<?Г-*Т»|Х>е-иШМЯСНГ^
'<•►₽ 3 < 3 2 Г4 ' ДМ ФИОФМ
1WKK1
<нмэ
g?*xi
йю;’
J Cowie- ‘
ЦгФОРМЬдИГ
&.*£l
Днл.кГк
йм7.дБ
F0. г»Г<
rsyx.-4V, дЬ
iJUsrj!
Рис. 6.23. Определение частот нажатия и отжатия сигнала FFSK
при возведении детектированного сигнала в квадрат
но-манипулированная поднесущая, причем манипуляция осуществляет-
ся без разрыва фазы. На рис. 6.20 отображено окно программы при
анализе на радиочастоте этого сигнала. О частотной модуляции можно
судить по векторной диаграмме в виде окружности. На рис. 6 21 показа-
но, как ведет себя пиковое значение девиации исследуемого сигнала.
Этот параметр оценивается совмещением горизонтального маркера с
линиями на графике. Показания считываются на информационном таб-
ло слева от окна осциллограммы детектированного сигнала. На этом
рисунке в окне детального отображения сигнала хорошо видно плавные
переходы между частотами нажатия и отжатия.
Определить частоту поднесущей в данном случае можно по макси-
муму спектра демодулированного сигнала (рис. 6.22), а частоты нажа-
тия и отжатия — при возведении демодулированного сигнала в квад-
рат (рис. 6.23). При такой операции нарушаются фазовые соотноше-
ния, и на удвоенной частоте поднесущей появляется простой частотно-
манипулированный сигнал с разносом вдвое больше первоначального.
Найти значения частот нажатия и отжатия можно (с несколько мень-
шей точностью), используя оценку девиации частоты на поднесущей
(рис. 6.24).
Скорость манипуляции на поднесущей устанавливается по времен-
нбй гистограмме сигнала детектированного на поднесущей (рис. 6.25).
Маркер устанавливается на крайний левый максимум гистограммы, зна-
чение считывается слева в строке «1/МХ, bps».
Измерения параметров радиосигналов
249
Рис. 6.24. Определение девиации частоты сигнала FFSK на поднесущей
250
Глава 6
Файл Сед Утигиуы Попеть
<Й И ► / Т?Я »D И. А ? у -
Цком
бед
О (ИЮ
Сигм’
00W
оса)
0400
Сигнал нз гам/г^дией
Г" "’am ®ц ОФЧ
Слет .
ИноорГ|Щ»я<|
ес<жГц г"
ЧК ft
Р^цхгл<нап ----
,ц jj |
йЯП>
W
О.СОО
о.«й__
129 Ц»
0039
ЦХ,5К
ЦУйБ
Виа.мс-
паг.Ги
Пооха^гП
hj кГц
ArrtUcl vowat9te<< СО1М
SY' sY Ak<
• ’ • 4 ►
7. *500
CiGOO
»ДО|
еьч-мс
1/ftcg rTn.
Рис. 6.26. Окно программы СТА при анализе сигнала OQPSK
на радиочастоте
тт
Свйг Рек»и Ьид j^kjmtu Omnv Покл^
Рис. 6.27. Снятие одного уровня манипуляции при возведении сигнала OQPSK
в квадрат
Измерения параметров радиосигналов
251
Рис. 6.28. Снятие манипуляции при возведении сигнала OQPSK
в 4 ю степень
Рис. 6.29. Гистограмма распределения фазы сигнала OQPSK
252
Глава 6
Рис. 6.30. Определение скорости манипуляции фазоманипулированного
сигнала
Анализ ФМн сигнала. На рис. 6.26 представлено окно програм-
мы технического анализа при исследовании сигнала фазоманипулиро-
ванного сигнала со сдвигом. На векторной диаграмме видны харак-
терные точки — углы квадрата, которые являют собой четыре дискрет-
ных состояния сигнала OQPSK и линии перемещения из одного со-
стояния в другое. Отсутствие перекрестных перемещений свидетель-
ствует об изменении состояния за один переход только на тг/2. На
рис. 6.27 и< 6 27 показано последовательное возведение анализиру-
емого сигнала во вторую и четвертую степень в целях подтвержде-
ния наличия фазовой манипуляции. Изменение числа и расположения
пучностей на векторной диаграмме однозначно указывает на природу
исследуемого сигнала.
На рис. 6.29 приведены дополнительные доказательства дискрет-
ности фаз несущей сигнала присутствием максимумов гистограмм рас-
пределения фазы манипулированной несущей, приблизительно соот-
ветствующих 45, 135, 225 и 315°. Как и для всех манипулированных
сигналов, по временной диаграмме детектированного (на этот раз с
помощью фазового детектора) сигнала определяется скорость мани-
пуляции (рис. 6.30). В данном случае скорость передачи будет в два
раза выше полученного значения, так как за один интервал переда-
ется два бита информации.
Измерения параметров радиосигналов
253
6.6. Автоматический технический
анализ радиосигналов
Модуль автоматического анализа радиосигналов. В настоя-
щее время возможность автоматического определения вида модуля-
ции с измерением ее параметров предусмотрена во всех аппаратно-
программных комплексах компании ИРКОС. Эта функция реализована
в программе панорамного анализа СМО-ПА на основе технологии экс-
пертных систем интерпретирующего типа. В самом общем виде та-
кая экспертная система может быть представлена следующим образом
(рис. 6.31).
Система фреймов представляет собой упорядоченную струкгуру
модулей-описаний распознаваемых сигналов с отдельными полями
(слотами), в которых хранятся конкретные значения существенных ха-
рактеристик этих сигналов. Распознавание сводится к сопоставлению
значений полей фреймов с характеристиками наблюдаемого объекта —
радиосигнала и последующему логическому анализу. Для ускорения
процедуры фреймы упорядочены в виде дерева. При этом распознава-
ние идет от общих признаков класса сигналов к специфическим. Про-
цесс считается завершенным или при достижении границы — успешном
сопоставлении характеристик сигнала с записями в полях последнего
фрейма (листа) на конкретной ветке дерева, или при отсутствии такого
совпадения на более низком иерархическом уровне.
Существенно увеличить быстродействие и правильность определе-
ния типа сигнала можно за счет сужения набора и диапазона значений
ключевых параметров, которые могут храниться в базе знаний о кон-
кретных радиоисточниках.
На данный момент экспертная система позволяет распознавать ши-
рокую номенклатуру как аналоговых, так и цифровых сигналов.
На несущей частоте система распознает следующие типы модуля-
ции
• простую несущую, амплитудную модуляцию (AM);
• телевизионный сигнал (яркостный канал);
• амплитудную (ASK) и балансную (DSB) модуляции;
• угловую (Angle Modulation) и частотную (FM) модуляции;
• частотную (FSK) и бинарную фазовую (BPSK) манипуляции;
Рис. 6.31. Упрощенная схема принятия решений о типе сигнала
254
Глава 6
Рис. 6.32. Структурная схема анализа цифрового сигнала BPSK
• квадратурную модуляцию (QM), квадратурную фазовую манипуля-
цию (QPSK), дифференциальную квадратурную фазовую манипу-
ляцию со сдвигом, кратным тг/4 (тг/4-DQPSK), манипуляцию с ми-
нимальным сдвигом (MSK).
На поднесущей частоте система распознает:
• тон;
• стандарты стереорадиовещания OIRT и CCIR;
• быструю частотную манипуляцию (FFSK);
• квадратурную фазовую манипуляцию со сдвигом (OQPSK).
Кроме распознавания измеряется ряд параметров сигналов: часто-
та несущей, частота поднесущей, ширина полосы, параметры модуля-
ции (коэффициент амплитудной модуляции, девиация частоты, индекс
угловой модуляции, скорость передачи информации для цифровых сиг-
налов).
Что особенно важно, реализованная экспертная система является
открытой, она позволяет довольно просто добавлять новые фреймы —
описания новых сигналов без изменения своей общей структуры, со-
храняя преемственность при расширении возможностей.
Функционирование системы рассмотрим на примере бинарной фа-
зовой манипуляции (BPSK).
Исследуемый сигнал с выхода ПЧ приемника поступает на аналого-
цифровой преобразователь (рис. 6.32). Полученные вещественные
цифровые данные (рис. 6.33,«) преобразуются в комплексную форму
с одновременной фильтрацией в полосе, определенной оператором, с
последующим переносом на нулевую частоту (рис. 6.33,6). Оценка несу-
щей частоты и начальной фазы сигнала выполняется по методу анализа
спектральных линий [176]. Полученные значения служат для синхрони-
зации по частоте и фазе (рис. 6.33,©). Далее выполняется тактовая син-
хронизация для последующего стробирования и определения наличия
дискретных посылок в сигнале и измерения скорости передачи инфор-
мации. Для того чтобы строб-импульс располагался в середине отдель-
ного информационного символа, измеряется период тактовой частоты
Измерения параметров радиосигналов
255
Рис. 6.33. Частотные и временное диаграммы в различных точках схемы
распознавания BPSK
Таблица 6.7
Пример фрейма сигнала при автоматическом распознавании
Фрейм BPSK
Дискретность по времени Да
Число положений вектора на диаграмме 2
Скорость манипуляции 2400
и начальная задержка последовательности импульсов. После строби-
рования анализируется векторная сигнальная диаграмма (рис. 6.33,г).
В случае сигнала BPSK фрейм имеет вид, представленный в
габл. 6.7.
Первое поле содержит название, выводимое пользователю. Дис-
кретность и число положений информационного вектора на сигнальной
диаграмме являются существенными свойствами. В процессе сопо-
ставления они играют главную роль. Скорость манипуляции является
информационным параметром.
Преимущества такой системы в том, что она не имеет жестко опре-
деленного способа обработки и для каждого вида модуляции последо-
вательность операций может быть своей.
Особенности использования программы СМО-ПА. Автоматиче
ский технический анализ радиосигналов доступен в универсальной про-
грамме панорамного анализа СМО-ПА в двух режимах: «Измерение» и
«Обзор». В обоих случаях для анализа используется одиночная выборка
данных оцифрованного на промежуточной частоте радиосигнала, полу-
чаемая от АЦП. Но при этом в режиме «Измерение» происходит работа
в режиме реального времени: данные постоянно обновляются, а в ре-
жиме «Обзор» анализируются цифровые данные, сохраненные в базе
результатов сканирования.
Для того чтобы провести анализ в режиме «Измерение», необхо-
димо выполнить следующие действия:
• настроиться на анализируемый радиосигнал;
• выбрать соответствующее полосе анализируемого излучения сиг-
нала спектральное разрешение (линзу);
256
Глава 6
Рис. 6.34. Окно режима «Измерение» при полосе анализа ЧМ радиовещатель-
ного сигнала 2 МГц в режиме стерео по европейскому стандарту CCIR (с пилот -
1ОНОМ)
• установить ширину полосы анализа, согласованную с шириной
спектра сигнала;
• нажать кнопку, инициирующую запуск технического анализа.
Настройка проводится установкой значения центральной частоты
в окне редактирования частоты настройки, расположенном на панели
инструментов главного окна программы, или визуально по спектру сиг-
нала. Частоту можно набрать с клавиатуры или выставить ее значение
мышью при помощи виртуальных стрелок настройки с правой стороны
окна редактирования частоты. Процедура завершается нажатием кла-
виши Enter (рис. 6.34). При визуальной установке основной маркер пе-
ремещается непосредственно на максимум или середину спектра сиг-
нала с помощью клавиатуры или мыши, затем нажимается Enter. При
визуальной установке желательно включать отображение накопленного
(максимального за время наблюдения) спектра, это поможет избежать
влияния асимметрии текущего отображения при работе с некоторыми
сигналами, в частности с широкополосной ЧМ.
Спектральное разрешение (линза) выбирается кнопками «+» и «—»
на панели инструментов окна «Измерение». Для разных типов аппарату-
ры параметры спектрального разрешения могут отличаться. Наилучшие
результаты анализа получаются, когда спектр сигнала как можно боль-
ше заполняет спектральное окно программы, не выходя при этом за
его пределы (рис. 6.35).
Измерения параметров радиосигналов
257
ХКНИЮхГи
4№О»
Слороотъ IT4J ДО1М
Ji ffi ; & dj 4- iH $> t ' В W Ф ЛА, |ик : ?уч.»ыги
>..« * 0,|«'о5мг. 2)<В W •; я <$zf ‘t X
, £П«з«* {3}ш< от [Я7г1оо [хп«п ;; х Л [Ярсе»» Газ«7.«»
«кда <1ЯЯ1 406993 «Х935 AKW 407999 *371»: 407СвЭ W.OS 40240? «1?.«В «РВЯ
Л«хх- «lib г.п.пл йнййЯГ ' а8»мгЭ<
f&O^S
1130 дБ
НЕТ
«ЕяЙ7?0мГк
Л230153 rii
rfApCrjrtHU*»
Чостсттв
Псъклл
Л***ШННЧ!£ПКЫ
.‘>МСКС MCflJJ’iAlMM
Чвстотпманнп.
407.0Сбал МГц
»266.<Гц
НШ»
Рис. 6.35. Окна режима «Измерение» при полосе анализа ЧМн сигнала 25 кГц
с отклонением 850 Гц и скоростью передачи 100 бод
Установка точной полосы реализуется второй группой маркеров.
Они активируются при нажатии соответствующей кнопки на панели ин-
струментов окна «Измерение» (кнопка продублирована командой всплы-
вающего меню) или клавишей «Пробел». При выборе этой дополнитель-
ной пары указатель мыши принимает вид вертикальной линии с утол-
щением в центре, его движение смещает и точку пересечения марке-
ров. Для позиционирования маркеров по частоте с помощью клавиа-
туры используются клавиши Left и Right (для ускорения — совместно с
клавишей Shift) на основной клавиатуре, окно режима при этом долж-
но быть активным. При перемещении дополнительного вертикального
маркера выделяется измерительная зона, симметричная относительно
основного вертикального маркера, она должна немного превышать ши-
рину спектра анализируемого сигнала. Положение маркеров выводится
на информационной панели.
Процесс автоматического анализа радиосигнала запускается кноп-
кой, расположенной на панели инструментов окна «Измерение». Ре-
зультаты анализа появляются на информационной панели. Отображают-
ся следующие данные’ тип модуляции, значение центральной частоты,
полоса сигнала, девиация частоты и индекс модуляции (для угловой мо-
дуляции), коэффициент модуляции (для амплитудной модуляции), ско-
рость модуляции в бодах (для цифровых видов модуляции). При на-
личии поднесущей выводятся тип модуляции на поднесущей, частота
поднесущей, параметры модуляции поднесущей.
9—5729
258
Глава 6
Рис. 6.36. Выпадающее меню информационной панели для фиксирования
типа модуляции при анализе сигнала телевизионного изображения
10-го канала
Поскольку анализируется достаточно короткая цифровая выборка,
результаты распознавания, особенно в присутствии заметных шумов,
носят вероятностный характер. Поэтому дополнительные строки «Тип
модуляции» и «Поднесущая, тип модуляции» информационной панели
имеют справа стрелку для вызова выпадающего меню, в котором имеет-
ся список всех типов модуляции, определенных в процессе данного рас-
познавания, с процентным статистическим распределением (рис. 6.36).
С помощью меню можно зафиксировать конкретный тип модуляции из
числа определенных или вместо текущего выбрать отображение наи-
более вероятного типа модуляции несущей и поднесущей. Информа-
ция по каждому типу модуляции накапливается отдельно, при фиксации
конкретного типа при дальнейшем анализе будут выводиться данные
измерений только для этого типа модуляции.
Дополнительные строки с данными о параметрах сигнала имеют
аналогичные стрелки для вызова меню, в которых можно выбрать вме-
сто текущего вывод среднего или максимального значения по совокуп-
ности одиночных измерений для каждой характеристики отдельно или
для всех сразу (рис. 6.37).
Число одиночных измерений, по которым проводится статистиче-
ская обработка, можно менять. Эта делается на странице «Измерение»
окна «Установки» программы СМО-ПА, где имеется специальное окно,
в котором это число задается в диапазоне от 1 до 100000 (рис. 6.38).
На рис. 6.39-6.48 представлены примеры с результатами авто-
матического распознавания программой СМО-ПА несущей и сигналов
Измерения параметров радиосигналов
259
Рис. 6.37. Выпадающее меню для выбора отображения среднего или
максимального значения параметра по совокупности измерений при анализе
сигнала канала управления стандарта сотовой связи AMPS
Изнсоенле
Ис-руи? WCTOT
..-J
рс,* fos
ни® и и
Л^сумтг41«мерв>м» кхгосы
(• По деосмоХдБ
УСГ-СНСС/Л гДОДООфССДЙ
г вмНДО
(* ЛдоКвЬГ*9С«.«
&А*дин.к»^л*в<ха «pewtq г- ——~т
MtKC.t-.tr>» jO
сои.трд.аЬ
fewer 'дБ |б 5J
flfljpr^v y-peuKtwi ।--------------
CftyicfHieCKMx ££*#*« F Si
0Haj»«3tj |r.o л-ео 0тс**яов)
Пейс#. j |
4^-;
Псуч*-я'-€5аь
изреки
I -йв " V.<MIZT'” ?Б0СЛ*1Гц>с
[I I H«J»rrrjnnрХ»Т|г|Т I
i ws iX" ’?г* тг? "e-?
[ ййае рожа# rtu"
iflflSTpiT |:>Г|11«П)1{/1ЕИИряГ)1>л Л^Г1уиГрП1р|П-тфТГГ[№ТГ11>1|ф«(Р1'|Н.И<1Ь]11|/]. 1ГпТЯ|КГГГ|ПТП1П1рГЬ|
игл иие 1сез ite ubi k&<* icu <озч iws юзл wi? ms inis
Г77Г. j
4мпх*см|в ДСП] - ipt>
Рис. 6.38. Страница «Измерение» окна установок
|По еремтюя еьбохе
ItpmMw^aap. »
10т1
3
AM, ЧМ, ЧМн и ФМн. Радиосигналы подавались от генератора Rohde&
Schwarz SME 03 на частоте 407 МГц.
Для проведения анализа в режиме «Обзор» необходимо:
• занести в таблицу частот сканирования частоту радиосигнала;
• выбрать полосу технического анализа (спектральное разрешение);
260
Глава 6
Рис. 6.39. Результаты анализа сигнала без модуляции
Рис. 6.40. Результаты автоматического анализа AM радиосигнала с глубиной
модуляции 50 % и частотой модуляции 15 кГц
• установить полосу измерения, соответствующую ширине спектра
сигнала
• выбрать в ответах контроллера запись короткой сигнальной вы-
борки;
• выбрать опцию сохранения ответов в базе данных;
• запустить процесс сканирования на несколько циклов;
Измерения параметров радиосигналов
261
Рис. 6.41. Анализ ЧМ сигнала с девиацией 10 к[ ц и частотой модуляцией 1 кГц
Рис. 6.42. Анализ ЧМн сигнала пейджингового стандарта FLEX-3200 (скорость
передачи 3200 бод, отклонение частоты 4,8 кГц)
• остановить процесс сканирования;
• включить автоматический анализ;
• выбрать в таблице результатов сканирования нужную запись.
Частоты радиосигнала в таблицу частот сканирования заносятся
вручную или автоматически по результатам обнаружения активных ра-
диоканалов в подрежиме «Поиск» режима «Спектр». В первом случае
262
Глава 6
Ж
1
Iqpec^Lffl
Ml? ОТ
Itp^rtzvia itvifiutu Ть ДЗП
frfrjiVu/c
F?~l TU г t..j । >i"|' i । i । ' -i-------------------
4DGS3I 40&5Й 405.595 4CSSE
частоты] Э29Э кГс
47.9 рГ
-65 0 aS
1W
7.324 гГц
4.С23»/а
3437пы
Т"Г">”ТТ г ’ ....г "Г"г-.""| I I' ] V ]' I" ; .- < ।
4J71Xn WOOG- 4Э7ДО5 407 GQ7 497.03? 4АШ1
"I кл-йй” ЧЖйвЯ
[ FFSX
0CG15CUMI'
4ССХЮХЖ
ХбОИТТ^МГс
"fozWbru
k£T
лгмза.л
1|<1М*4]у?адгн
Частота
O^wi
ZU««uHi ’iacicTv
Иим*’.г
Рис. 6.43. Распознавание пейджингового стандарта POCSAG с FFSK на
поднесущей 1500 Гц, отклонение частоты на поднесущей 300 Гц, скорость
1,2 кбод, девиация 4 кГц
Рис. 6.44. Распознавание сигнала GFSK стандарта беспроводного телефона
С13 с параметрами: скорость модуляции 640 кбод, отклонение частоты 160 кГц
нужно, выбрав таблицу частот, нажать сочетание клавиш C1rl + Ins или
дать команду «Новая частота» из контекстного меню, вызываемого на-
жатием правой клавиши мыши. Далее следует с клавиатуры набрать
частоту в мегагерцах и нажать «Ввод». При наличии нескольких частот
Измерения параметров радиосигналов
263
Рис. 6.45. Результаты анализа сигнала GMSK стандарта сотовой связи GSM со
скоростью передачи 270,833 кбод
Рис. 6.46. Результаты анализа сигнала GMSK со скоростью модуляции 1 Мбод
операция повторяется. Во втором случае нажимается кнопка «Импорт
найденных частот», после чего частоты найденных источников из таб-
лицы «Поиск» переносятся в таблицу частот сканирования. При этом
автоматически записывается ширина спектра сигналов.
Спектральное разрешение устанавливается или с помощью окош-
ка, расположенного вблизи таблицы частот режима «Обзор», или в окне
264
Глава 6
Рис. 6.47. Результаты распознавания радиосигнала QPSK со скоростью
модуляции 24 кбод
Рис. 6.48. Результаты распознавания радиосигнала тг/4 DQPSK стандарта
транковой связи TETRA (скорость передачи 36 кбит/с)
редактирования, вызываемого по команде контекстного меню «Редак-
тировать выделенные». В окне редактирования можно выставить спек-
тральное разрешение для группы частот (рис. 6.49). Аналогично уста-
навливается или корректируется необходимая полоса измерения.
Для выбора ответа контроллера в поле «Ответ контроллера» ста-
вится галочка у пиктограммы нужного ответа.
Измерения параметров радиосигналов
265
Рис. 6.49. Окно режима «Обзор» с окном группового редактирования
параметров
Сохранение ответов в базе данных происходит при нажатой кнопке
«Сохранять ответы» на панели инструментов окна «Обзор». По умолча-
нию эта кнопка всегда нажата (рис 6.50).
Сканирование запускается кнопкой «Пуск» или аналогичной коман-
дой из меню. При работе таблица результатов сканирования начинает
заполняться. В последнем столбце этой таблицы своими пиктограмма-
ми указываются сохраненные ответы контроллеров.
Останавливается режим «Обзор» командой «Стоп».
Для включения автоматического технического анализа по имею-
щимся записям надо так же, как и в режиме «Измерение», нажать на па-
нели инструментов режима кнопку с пиктограммой синусоиды в рамке.
Нужная запись в таблице результатов сканирования выбирается или
щелчком правой клавиши мыши по соответствующей строке, или пере-
мещением по строкам клавишами Up и Down клавиатуры. При выборе
нужной записи в окне программы появляется аналогичная описанной
ранее информационная панель, но только с дополнительными строка-
ми, в которых и выводятся данные автоматического распознавания ра-
диосигнала. Поскольку одна строка содержит только одиночный ответ,
статистических опций эга панель не имеет.
Из всего вышеизложенного следует, что использовать автоматиче-
ский технический анализ в режиме «Измерение» предпочтительнее для
подробного выборочного исследования отдельных и новых сигналов при
766
Глава 6
Рис. 6.50. Окно режима «Обзор» с включенным автоматическим анализом
записанной в базе данных выборке стереосигнала ЧМ радиовещания по
стандарту QIRT
изучении конкретной радиообстановки. Автоматический анализ в рожи
ме «Обзор» больше подходит для группового контроля радиосредств,
например при постоянном мониторинге вещательных станций.
6.7. Автоматический анализ сигналов
в программе СМО-РД2
Программа СМ0-РД2 является частью программно-аппаратного
комплекса АРК-РД2, который предназначен для автоматического круг-
лосуточного радиомониторинга КВ радиолиний, в том числе использую-
щих для передачи информации протокол RTTY. Общий вид интерфейса
программы представлен на рис. 6.51.
Одним из вариантов работы комплекса является выборочный кон-
троль передаваемой информации на назначенных частотах с записью
передачи. Это реализуется в режиме сканирования по заданию. По-
скольку работа ведется непрерывно, остро стоит вопрос о количестве
фиксируемой информации. Модуль автоматического распознавания ви-
да передачи используется для подачи команды на длительную запись
только после обнаружения сигнала с определенным типом модуляции,
в частности частотной манипуляции Одновременно измеряются и за-
писываются в базу данных параметры сигнала: частоты нажатия и от-
жатия, разнос частот.
Измерения параметров радиосигналов
267
Сбило Нъстрсй:»’ Угреелг*»че Слр^гкенп^хдер**»
»tt
в
2 F
J Мс*
ВН1СШПН
40CW*
Полоса Фмет&р
Алло
0.00 3
rsasE
г
Ось |
юсе-;
Усреднение
cratoc
10102
epw»
.сЛ&кГц,
10.
Hl*i;
10101
10.101)24 МГц
м>г.<
10.1
.100$ МГц
10.
0.
Декодирование
Стартовый 6w
: (* О • стартовые 1 • стслоеьй
’ С 1-стартовый,0*стоповьй
Рис. 6.51. Интерфейс программы СМО РД2
CQ CQ CQ ОЙ DDKS DDK? DK9
I Л СКаЗЫМТъ СИМВОЛЫ <ТВ>
Вст5роть по спектру
Сбрсс пграгмтетрое
Декодировать
Частота Нажотия Гц
Частота Отжотия. Ги
н Соиранкгь текст
FZ Аотсопредститрс
Котбкство стспоеь» бнт
Г йб W » C¥T4p0W.H
Л' 1 (плг.(Г 2(силв.)С Э|ккр)
J Г~ на оосъ текст
Г~ сстренмтъ тобл 2 (си-а)
Инеерсня бит
!✓ Иниртцроеатые
Скорость лерыачи
Г- 45 П- 50 < 75 Г 1(В
Г 110 Г 150
Слеж«апие бит о посьикс
. <• Прямое Г Обратное
а15 Символ: 6
ao-i
£(Н
2003
Декодированный текст
СО СО СО Ой DDK2 DDK? DK*>
СО со СО DB DDK 2 DDK? DK5
FPBQUXUCI8S 4£&Э KHZ 764£ KHZ 10100.6 КН2
RYRYRYRYPTfcYRYRYPYPYRYRYRYJYSYRYRYRYRYRYDYRYRVIiYFYPYRYRVRHRYfcYDYa
FRFQUSWCIES 4583 KHZ 7Б46 KHZ 10100.8 KHZ
RYRYkYb.YJ’YP.YkYRYP.YHYRYllYR’rR.YRYRYRYP.YliYR'kfcYRYP.YRYRYRYaYRYRYCiYRYRY
Дизгмтвль: (Cvk...
1J ДПР ' 2] Мягкое peu»i*e • ЗТ Слетстрт
Инвертировать ЧО/ЧН
3RO-3
Рис. 6.52. Окно декодирования с отображением спектра сигнала
268
Глава 6
Рис. 6.53. Окно декодирования с отображением детектированного сигнала
без клиппирования
Кроме того, измеренные значения этих параметров используются
для дальнейшего автоматического декодирования сообщений, содер-
жащихся в записанных файлах. При этом программой дополнительно
определяются скорость передачи и параметры протокола RTFY: дли-
тельность стоповой посылки, наличие частотной инверсии. Единствен-
ным действием оператора может быть установка начальной таблицы
кодировки сообщения (для кириллического или латинского алфавита,
буквенного или цифрового регистра). На рис. 6.52 и 6 53 приведены
окна декодирования программы СМ0-РД2 с результатами декодирова-
ния информации, передаваемой по протоколу RTTY. В первом случае
выбран вариант отображения спектра сигнала, декодированы позывные
и частоты станции. Во втором случае отображается детектированный
сигнала без дополнительного ограничения, декодированы метеорологи-
ческие данные. На временнбй диаграмме выделяется и отображается
участок передачи символа, указанного курсором в текстовом окне.
6.8. Анализатор параметров базовых
станций стандарта GSM
Для планирования и эксплуатации сотовых сетей, проверки соот-
ветствия параметров базовых станций территориально-частотному пла-
ну, анализа зоны покрытия, исследования конфликтных ситуаций необ-
ходимо регулярно проводить анализ параметров базовых станций (БС)
GSM-сетей.
Измерения параметров радиосигналов
269
Оборудование для анализа параметров БС GSM-сетей можно раз-
делить на несколько видов Первый вид — это универсальное оборудо-
вание от ведущих мировых производителей аппаратуры радиомонито-
ринга. Оно используется для анализа параметров БС сетей различных
стандартов, включая GSM, имеет функции быстрого цифрового спек-
трального анализа и определения параметров радиосигналов, предна-
значено как для трактовых измерений с непосредственным подключе-
нием к передающей части БС, так и для измерений по эфиру. К по-
добному оборудованию относятся тестер для исследования параметров
передатчиков и помех в полевых условиях YBT250 компании Tektronix,
анализатор беспроводных базовых станций Е7495В фирмы Agilent, мо-
бильный анализатор радиосетей TSMQ компании Rohde&Schwarz.
Оборудование второго вида основано на использовании тестовых
телефонов и сотовых радиомодемов с функциями контроля широкове-
щательных каналов. Подобное оборудование предназначено для кон-
троля GSM-сетей по эфиру, имеет более узкий по сравнению с первым
видом перечень измеряемых параметров, использует некалиброванные
по полю антенные системы, что делает невозможным его применение
для точного измерений напряженности электромагнитного поля. Сто-
имость второго вида оборудования значительно меньше, чем обору-
дование первого вида.
К третьему виду оборудования можно отнести анализаторы БС
GSM-сетей на основе универсальных измерительных цифровых радио-
приемных устройств (ЦРПУ). Такие приемники обычно имеют метроло-
гические параметры, достаточные для проведения измерений в GSM-
сетях, в том числе высокую стабильность частоты опорного генера-
тора, широкую полосу пропускания, малые погрешности амплитудно-
частотной характеристики, цифровой выход сигнала промежуточной ча-
стоты. Функциональность такого анализатора зависит от параметров
измерительного ЦРПУ и алгоритмических возможностей программного
обеспечения. Стоимость анализаторов БС GSM сетей на базе циф-
ровых измерительных приемников соизмерима со стоимостью универ-
сальных анализаторов, но их достоинством является возможность ис-
пользования программного обеспечения для решения других задач ра-
диоконтроля, не связанных с измерением параметров сотовых радио-
систем. Именно к такому виду оборудования относится анализатор,
который рассмотрен ниже.
Построение анализатора. Анализатор предназначен для иденти-
фикации и измерения параметров радиосигналов БС GSM-сетей, ра-
ботающих в различных диапазонах частот. Анализатор осуществляет
прием только широковещательных данных, информация трафиковых ка-
налов абонентов не используется. Он состоит из аппаратной части —
измерительного ЦРПУ «Аргамак-ИМ» или «Аргамак-ИС» и программ-
ной части — системного математического обеспечения CMO-GSM, ре-
ализующего управление приемником, прием широковещательных дан-
270
Глава 6
Рис. 6.54. Структурная схема анализатора базовых станций
Рис. 6.55. Цифровой панорамный измерительный приемник «Аргамак-ИМ»
ных, измерение параметров сигнала, а также представление и анализ
результатов [21, 29]. Структурная схема анализатора представлена
на рис. 6.54, а на рис. 6.55 показан пример измерительной установ-
ки, состоящей из управляющей ПЭВМ, ЦРПУ «Аргамак-ИМ» и измери-
тельной антенны АИ5-0.
В процессе анализа ЦРПУ шагами по 2 МГц перестраивается в за-
данном диапазоне частот, при этом цифровой сигнал с шириной полосы
2 МГц поступает в ПЭВМ, где осуществляется его преобразование и од-
новременный анализ десяти частотных каналов шириной по 200 кГц.
В комплект программ анализатора входят системное математиче-
ское обеспечение CMO-GSM, ОМО-ПАИ и СМО-КН. Под управлением
СМО панорамного анализа и измерений СМО-ПАИ измерительное ЦР-
ПУ «Аргамак-ИМ» решает практически все типовые задачи радиомони-
торинга, в том числе обеспечивает цифровой спектральный анализ со
скоростью более 600 МГц/с и дискретностью спектра 3,125 кГц, из-
мерение ширины спектра и определение вида и параметров модуля-
Измерения параметров радиосигналов
271
Рис. 6.56. Окно программы СМО-ПАИ. Спектрограмма сигналов частотного
диапазона базовых станций GSM 900
Рис. 6.57. Окно программы CMO-GSM. Режим мониторинга каналов базовых
станций
ции сигналов. При наличии калиброванных антенн и навигационного
GPS приемника данный комплект оборудования решает также задачу
272
Глава 6
измерения напряженности электромагнитного поля с привязкой к гео-
графическим координатам. На рис. 6 56 показан экран ПЭВМ в режиме
отображения спектральной и частотно временной диаграммы сигналов
БС GSM в диапазоне частот 935...960 МГц.
Системное математическое обеспечение картографии и навигации
СМО-КН используется для отображения результатов измерения с при-
вязкой к географическим координатам, оценки зон покрытия, мощно-
сти и местоположения БС.
Для измерения параметров БС GSM сетей используется программа
CMO-GSM. Окно программы CM0-GSM в режиме отображения частот-
ных каналов операторов сетей приведено на рис. 6.57.
При необходимости программный комплект может быть расширен
другими приложениями.
Алгоритм приема широковещательных данных. Прием широ-
ковещательной информации БС предполагает процедуру формирова-
ния видеосигнала с необходимой частотой отсчетов, процедуру поис-
ка сигнала базовой станции, процедуру частотно-временной синхрони-
зации, а также непосредственно процедуры приема сообщений синх-
ро и широковещательного каналов. Структурная схема цифровой об-
работки GSM-сигналов, реализованная в программе CM0-GSM, пред-
ставлена на рис. 6.58.
Рис. 6.58. Структурная схема алгоритма обработки GSM сигналов
Измерения параметров радиосигналов
273
На вход программной части поступает цифровой сигнал на проме-
жуточной частоте с частотой дискретизации /д - 6,4 МГц, из которого
формируется видеосигнал. Для формирования видеосигнала опреде-
ляется среднее значение амплитуды входного потока отсчетов, кото-
рое вычитается из отсчетов с целью компенсации среднего значения
АЦП приемника. Выполняется перенос на видеочастоту сигналов ча-
стотных каналов, в которых могут находиться широковещательный канал
(ВССН), синхроканал (SCH) и канал частотной коррекции (FCCH) [223].
После переноса частоты сигнал фильтруется для подавления высших
гармоник и приведения исходной полосы сигналов к полосе 200 кГц.
Далее осуществляется передискретизация сигнала так, чтобы преоб-
разовать частоту следования отсчетов с исходной fa к величине 4/,
где /ч = 270,83 кГц — частота следования символов. В результате для
каждого исследуемого частотного канала формируется поток цифровых
отсчетов с частотой 4/с. Для демодуляции данных сформированный
сигнал дополнительно прореживается, при этом остается каждый чет-
вертый отсчет (один отсчет на символ).
Для определения наличия широковещательной несущей БС в вы-
деленном частотном канале осуществляется поиск синхросигнала. Для
этого сформированный видеосигнал поступает на фильтр, согласован-
ный с известной обучающей последовательностью синхропакета. Для
временных позиций априорного интервала (частота их следования 4/()
формируется решающая функция в виде квадрата модуля выходного
сигнала фильтра, которая сравнивается с адаптивным порогом. Если
значения решающей функции не превышают порог на заданном вре-
менном интервале (где может быть несколько синхропакетов), то выно-
сится решение об отсутствии синхросигнала в данном частотном канале
и дальнейшая работа с этим частотным каналом прекращается. Если
для некоторых временных позиций имеет место превышение порога, то
выносится решение о наличии синхросигнала и временная позиция, со-
ответствующая максимальному значению решающей функции, полага-
ется оценкой временного положения синхропакета, т.е. осуществляется
временная синхронизация с сигналом БС.
По пакету частотной коррекции, положение которого однозначно
связано с положением синхропакета, оценивается частотная расстрой-
ка между генераторами БС и измерительного приемника. В случае
необходимости выполняется частотная коррекция входного видеосигна-
ла. В процессе приема данных и измерения параметров периодически
осуществляется дополнительная временная синхронизация.
Для приема сообщений синхроканала (SCH) после установления
частотно-временной синхронизации проводится демодуляция GMSK
символов информационной части синхропакета, при этом используется
оценка комплексной амплитуды сигнала. Демодулированные символы
синхропакета поступают на сверточный декодер, на выходе которого
формируются оценки информационных и проверочных бит синхропаке-
274
Глава 6
та. Если по результатам анализа проверочных бит синхропакет деко-
дирован без ошибок, то из соответствующих полей сообщения выделя-
ются параметры сокращенного номера фрейма и идентификационный
код базовой станции (BSIC).
Если по результатам анализа проверочных битов синхропакет деко-
дирован с ошибками, то осуществляется демодуляция GMSK символов
информационной части синхропакета с использованием эквалайзера
Эквалайзер эффективен при приеме в многолучевом канале. Коэффи-
циенты эквалайзера рассчитываются в соответствии с критерием мини-
мума среднего квадрата ошибки между известным полезным и прини-
маемым сигналом обучающей части синхропакета. Эквалайзер выпол-
няет также функцию компенсации начальной фазы сигнала,
Прием сообщений широковещательного канала (ВССН) осуществ-
ляется следующим образом. В соответствии с полученными в син-
хропакете параметрами определяется номер текущего фрейма FN. По
номеру фрейма определяются мультифреймы, в которых передаются
информационные сообщения широковещательного канала. Затем осу-
ществляется демодуляция символов сообщений, их деперемежение и
декодирование. В случае необходимости применяется эквалайзер. При
расчете коэффициентов эквалайзера используется обучающая последо-
вательность текущего нормального пакета данных. Если по результатам
анализа проверочных бит широковещательных сообщений они декоди-
рованы без ошибок, из соответствующих полей сообщений выделяются
идентификатор расположения (LAI), включающий идентификатор стра-
ны (МСС), идентификатор GSM сети (MNC), идентификатор локальной
области в пределах сети (LAC), а также идентификатор соты (01) и но-
мера частотных каналов, выделенных данной соте (СА). Время приема
широковещательной информации определяется структурой GSM сигна-
ла и составляет около 2 с.
Основные измеряемые параметры. Принимаемые анализато-
ром широковещательные данные и основные оцениваемые параметры
БС GSM сетей приведены в табл. 6.8.
Для обнаруженных БС частотный сдвиг оценивается как отклонение
средней частоты сигнала базовой станции от средней частоты выделен-
ного канала. Частотный сдвиг оценивается по обучающим последова-
тельностям нескольких пакетов частотной коррекции. Пакет частотной
коррекции используется только в том случае, когда информационная
часть синхропакета, расположенного в последующем фрейме, успешно
декодирована. Оценка частотного сдвига выполняется в соответствии
с интерполяционным алгоритмом из [87], где получены его характе-
ристики и показано, что оценка является гауссовской и несмещенной,
а ее дисперсия при достаточном числе отсчетов на интервале корре-
ляции (что имеет место в данном случае) практически равна диспер-
Измерения параметров радиосигналов
275
Таблица 6.8
Виды измерений и основные измеряемые параметры
Вид измерений Измеряемые параметры
Данные синхроканала: BSIC(NCC, ВСС), FN Данные широковещательного канала: LAI (MNC, МСС, LAC), Cl, СА
Спектральные изме- рения Мощность Качество сигнала Частотный сдвиг, ширина полосы частот, спектро- грамма Мощность сигнала, мощность символов сигнала Фазовая ошибка, уровень паразитного прохождения несущей, зависимость мощности пакета от времени, эквивалентная ширина полосы гауссовского фильтра
Канал распростра- нения Профиль многолучевости, эффективная длина канала распространения, отношение несущая/шум, отноше- ние сигнал/(помеха+шум)
Качество приема Hi ггерференционные воздействия Частота битовой ошибки, частота пакетной ошибки Выявляются конфликтные частотные каналы, исполь- зуемые несколькими БС (одной или различных се- тей). Определяются относительные мощности сигна- лов этих станций
Местоположение БС Производится амплитудным методом по результатам измерения мощности сигнала в нескольких точках местности
Напряженность поля Построение зоны покрытия Измеряется при наличии калиброванных антенн Проводится по результатам измерения напряженно- сти поля в нескольких точках с учетом данных цифро- вых карт местности
Оценка мощности излучения передат- чика Оценивается мощность излучения секторной антенны при известных координатах базовой станции, высоты подвеса антенны, диаграммы направленности антен- ны и результатов измерения напряженности поля и данных цифровых карт местности
сии оптимальной оценки
3 D= , (6.38) тг2Т2тЬ-р2 ’
где Т = 3,69 10-6 с — длительность символа; m — число успешно де-
кодированных синхропакетов; L = 142 — число используемых символов
пакета частотной коррекции; р- — отношение сигнал/(помеха+шум) в ка-
нале.
На рис. 6.59 приведена зависимость среднеквадратического откло-
нения оценки частотного сдвига от величины р2 при m = 100 (что со-
ответствует времени анализа около 5 с). Расчет показывает, что при
отношении сигнал/шум в канале 6 дБ среднеквадратическое отклоне
ние ст = \/D приближенно равно 5 Гц, а при отношении сигнал-шум в
канале 10 дБ — 3 Гц. Поскольку распределение ошибки гауссовское, с
вероятностью 0,9 погрешность оценивания не превысит 8 и 5 Г ц соот-
ветственно. Эти величины соизмеримы с погрешностью, обусловлен-
276
Глава 6
Рис. 6.59. Зависимость средне-
квадратического отклонения оценки
частотного сдвига от отношения
си гнал/шум в канале
ной нестабильностью опорного генератора измерительного ЦРПУ По-
этому дальнейшее увеличение точности оценивания частотного сдвига
вряд ли целесообразно.
Ширина полосы частот GSM сигнала определяется как спектраль-
ный интервал, в пределах которого лежит 99 % передаваемой в дан-
ном частотном канале мощности.
Мощность сигнала оценивается как средняя мощность сигнала ба-
зовой станции в полосе GSM сигнала 200 кГц, а мощность символов
сигнала определяется как средняя мощность сигнала базовой станции
в полосе GSM сигнала при передаче символов полезной части пакетов.
Качество сигнала оценивается несколькими способами: по фазо-
вой ошибке, вычисляемой как среднеквадратическое значение разно-
сти фаз принятого и идеально синтезированного сигнала; по уровню
паразитного прохождения несущей — отношение мощности немодули-
рованного сигнала к мощности модулированного сигнала. Зависимость
мощности сигнала от времени в пределах одного временного слота,
включающего активную часть пакета и защитный интервал, иллюстри-
рует соответствие временной маски пакета требованиям стандарта.
Эквивалентная ширина полосы гауссовского фильтра Вг характе-
ризует ширину спектра цифрового сигнала с учетом ограниченной по-
лосы пропускания цепей передатчика базовой станции. Оценка В., вы-
полняется по обучающим последовательностям успешно декодирован-
ных синхропакетов на интервале анализа (т — количество синхропа-
кегов). Для получения оценки используется интерполяционный алго-
ритм по аналогии с оценкой частотного сдвига. Полученная оценка —
гауссовская, ее точность практически совпадает с точностью алгорит-
ма максимального правдоподобия. Параметр Вт входит в GSM-сигнал
достаточно сложным образом, поэтому аналитически получить выраже-
ние для характеристик его оптимальной оценки затруднительно. В этой
связи было выполнено компьютерное моделирование алгоритма оценки
Вт Расчеты показывают, что для отношения сигнал/шум в канале 10 дБ
с вероятностью 0,9 погрешность оценки параметра не превышает 1 %.
Одной из существенных причин ухудшения качества приема явля-
ется временная дисперсия сигнала, или многолучевость канала распро-
странения. Профиль многолучевости рассчитывается анализатором в
Измерения параметров радиосигналов
277
Рис. 6.60. Пример оценки профиля многолучевости: а — однолучевый канал;
б — многолучевой канал
соответствии с выражением
п - 1,7V,
(6.39)
где т — число успешно декодированных синхропакетов на интервале
анализа; hn\ п = AyN, — оценка импульсного отклика канала по обу-
чающей части 7?-го синхропакета, обеспечивающая минимум среднего
квадрата ошибки между входным и реконструируемым сигналом; N —
длина оцениваемого профиля в символах.
На рис. 6.60 приведены примеры оценки профиля многолучевости
для однолучевого и многолучевого каналов.
Эффективная длина канала распространения определяется как ко-
рень квадратный второго центрального момента от профиля многолуче-
вости:
Tr ms
N
^ai(n - п)2,
П=1
(6.40)
N N
где n = gw?i; an = Pn/ Для
n=l 1=1
однолучевого канала tRms
- 0.
Отношение несущая/шум, дБ, характеризует степень искажений
сигнала, обусловленных каналом распространения и трактом передат-
чика, и вычисляется как
z2 = -20lg(EVM/100),
(6.41)
где EVM — среднеквадратическое значение разности между идеаль-
ным полезным сигналом и принимаемым сигналом. Величина EVM
выражается в процентах и вычисляется по обучающим последователь-
ностям синхропакетов.
Отношение сигнал/(помеха+шум) р2 определяется как отношение
квадрата модуля амплитуды сигнала к сумме дисперсий шума и помехи
(в том числе многолучевой) и характеризует энергетические свойства
канала. Оценка отношения сигнал/(помеха+шум) выполняется по па-
278
Глава 6
кетам частотной коррекции как
р2=йЛк- <6-42)
где НА. — оценка мощности символов сигнала, IV — оценка средней
мощности суммарного сигнала, включая полезный сигнал, шум и
помехи.
Оценка качества приема характеризуется частотой битовой ошибки
BER, определяемой как единица минус отношение успешно демодули-
рованных бит к общему числу принятых бит успешно декодированных
синхропакетов, и частотой пакетной ошибки PER, рассчитываемой как
единица минус отношение успешно декодированных синхропакетов к
общему числу принятых синхропакетов.
По результатам принятых данных и измеренных параметров сиг-
налов выполняется анализ интерференционных воздействий. По но-
мерам обнаруженных широковещательных частотных каналов и номе-
рам частотных каналов найденных сот (параметр СА) выявляются кон-
фликтные частотные каналы, используемые несколькими БС одной или
нескольких сетей. Определяются также относительные мощности сиг-
налов конфликтующих станций.
Вычисление местоположения БС осуществляется на основе ампли-
тудного алгоритма вычисления координат, который основан на учете
зависимости амплитуды поля источника от расстояния до него с уче-
том диаграммы направленности антенны базовой станции. Исходными
данными для расчетов являются выборка амплитуды поля, географиче-
ские координаты анализатора на момент измерений, ширина диаграм-
мы направленности передающей антенны БС. Для уточнения мощно-
сти передатчика используются измерения напряженности электромаг-
нитного поля в нескольких точках. Задача решается на основе дис-
кретного перебора значений мощности из диапазона, задаваемого опе-
ратором, с целью поиска такого значения мощности, который обес-
печит максимальное совпадение результатов измерений с теоретиче-
скими расчетами. Для вычисления местоположения БС, построения
зоны покрытия, уточнения мощности передатчиков используется про-
граммный пакет СМО-КН.
Для повышения точности результатов измерение параметров сиг-
налов БС, таких, как ширина полосы частот, мощность сигнала, зави-
симость мощности пакета от времени, фазовая ошибка и уровень па-
разитного прохождения несущей, должно выполняться вблизи базовой
станции.
Измерение параметров, связанных с каналом распространения и
качеством приема, таких, как профиль многолучевости, эффективная
длина канала распространения, энергетические отношения, частота би-
товой и пакетной ошибки и напряженность электромагнитного поля, вы-
полняются в произвольных местах зоны покрытия.
Измерения параметров радиосигналов
279
ю
.га
О)
СО
го
BER о О СМ СОСООСМОСОСОООч-ч-т- О СМ О О О О СО а)ч-ОтГООСООООт-ч-ОСООСМ ООО 1 О О О т- О ч- О О О О т- т- О О_ О ч-; о О О о о о о о" о о о о о о о о' о' о о
PER О О СО M-OOLOOOCOOOOT-OOOOCXI о о тг смоосмоосмооотгосооосм ООО 1 О О о О О О О О О_ О СО О О О О т- о о о о о" о’ о о о о о о о о’ о" о о' о о
го Q 1— ДГ, Гц ч— со о союч-г-оо)^—. ,+ гог\1^Ф§’-Я тГ тГ СО | см тг о г-_ сп см ю g g со Ь г- й 2 о 2 б - ° ° ° « <* ™ ’ т - Ч 7 ю"
I 0) О О 1— О X ГЛ £ ооо ооосмоо°ооо£?соосоосо о О СО ОООч-ОЮ^ОООУ.ч-ОЮОСО О О ч— 1 О О О СО О О) О О О °! LO о г- о о о о со о" о оГ со о cd о о о со о г- о
ф с; в J3 5 О а LQ <4 ю со S ^^°Tr$2o^O)oSgco^gg7o U> гч 1 й S *Л о <\ ю ™ °- СО Г"_ г- ю см “ • 7 wco о' с со о о'К со О О
той точке п СА 1— C\j ОЭ — pu ff ° g , , 1 “ “ 1 ® - 1 е г< ° со' ю" о “ ГО о Т— Т““ ч— ) г- о г- со ) , СО о СО ТГ . г LO СО см со ) СО СО ТГ со
го со о а S LAC пп ГО о О О О) О CD й Й 2 2 Й 22 2 СО со со со со со 22i i222i22i£cmcmicmcmcmcmi со со см см см см см см
-е- m го а MNC <- г- О Р О п О ООО о о о о ?M(^I I^T-^I^^I^OOicSSiCDCD1 о О ООО ОО 00)0) 0)00)0)
о го со S с; го МСС О О ООО О О ООО о о о о О О 1 .ООО|ОО|ООО|ОООО| Ю О ююю'ою'ююю'юююю1 см см см см см см см см см см см см см см
ПС го Z н о ю га О СМ т- ГО СО ГО СМ Т- 1- СО Г". о СО Г- со ТГ Г"-Г-СО СО -г- Г~ О) со о ю г- со со СО 1 |С00)0)10)С0 10)т-^|СЧОС0С0 1 ОО 0)0)0) 0)0) 0)00 000)0 <т т-т-т- V- ч- Т- ГО го coco coco
Q. Z го 5б вес т-т-сотгосмюосоот-смсмсоюот-ососо
с; го го CL NCC СОЮГ^-ЮЮСОСОЮСОСПСОСОч-ч-т-ч-ч-т-т-т-
F, МГц CD СМ_ СО СМ со ТГ СМ СМ Ч СО ч СО Ч со^тгтгюсоо;)СО~сососо22''3'11'';3’£!£!£2£2^2 coo)^co<^c°0)^o)0)£22wS;o’S5;^^^ О) О) О) О) О) О) О) О) 0) 00)0)0)0)
Nch Г-- о о см 1-ч-СМСМ_^|Г.г.ои)СОт-ОтГЦ)Г~.СОСМСОСМ оооо СЭ1ПГ^т-ч--1-смсососососотгтгсо т— Т*“ ч— 1—
on ^СМСОТГЮСОГ-СООЙ2Й2?^2!Й^2Й
280
Глава 6
Окончание табл. 6.9
ВЕЯ СИООСОСОСОСВОСОч-СОЮмГх Г-OOOb-CMCOOOCDCOCDOC OOOOOOOO-r-OOOOC осоосооооосооооос rCDOLDIDOr-O DOOCOLDCMIDO 0 О О О О О О О 0 о о о со о о о
PER LOOOOCOOOOCOOr-LDOOOOOCOOOO СООООСИОООГ-ОСОСВОООООСВООО LO O О О О О О О О О V- О о о о о о о о о o' со” о с5 о о о со о" o' o' о" о" o' со о о о“ со о" о
AF.ru с с а с n Ю L0 CO rn m 2 ? 8 о $ ч 4. £ “ о 4 sfr co• ld’ £2 “ “ co м 1 1 1 - J ( J ( CM J c - и 1 c r c ) c ВГ-'-’З-ОСМГ-СОтГОСИ DCDt-xTLDCMCDCOCOO М СО Ю О G) NLQ О (О М o' CM CD cd cd’ СМ Т-' со см см' МСМЮСОт-СМСОСМг-СМ 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
гл S СС ь- смоооосо£?охгсмооо10’еот-оог-~о ОООООт-'оШСМОСООФгГОСЛООСОО Ч. О °, °. Ч - О <>J O CQ CXJ О Г^ О О (N о со 6 6 6 б г- ° 6 б ю 6 со о б б о со б б см со
р2, дБ ОС0ЧЙГ--С0Г--Чс0Г---СВ™С010С0ЧсМг-хГ102Е соГ'~&оит-0)о£:со,-оо?г-г'-слй^оосо£1 Л Ч ' - Ч °- - Ч Ч Ч. г- см со Ч о LQ г- т- со 1 6 ^ W Ю О О о о" Р соб (О CO XT LD СО ^2
СА ч U CD LD CO CO r r CO CD CD . co . CO . . CM 0 > Г- r- ID Г- LO °0 0 ID CO LO г- а „СО СМ гч, ID см МГ г ; о> ° 8 й » 1 - CD - _т-‘ - - - •CLD СМ СМ МГ J СО СО w Г- СО т-
и\с S со со со ° о о о С 1 см см см ГМ ° 1 о О О С СМ СМ СМ СМ СО О СО '£ см см см см со со со со г о о о о о о с 1 о о о о о о с 1 со со со со г- со сс со со со со см со а 3600 2700
MNC £ О Г Г Г £ £ £ £ OOOO-CXZOOO 1 35 сп ($5 35 <?м 1 см см Зм см । ЗйсмЗмЗй^^мЗмЗм^Ч CD (В CD CD о о о о о ооооооооо
..... мсс О О О О О Г О £ X ооооооооо о о о О О I о о о о I ооооооооо 1 ID ID ID LO IO LD ID LO LD 1 IDIDIDLOLOLOLDLOLO CM CM CM CM CM CM CM CM CM CMCMCMCMCMCMCMCMCM
о LO Г- LO CO CO T-COv-T- V- O' CD CD Г- О CO CM г- T- T- CM О 1 T-T-COCMM- 1 CO CO st CD 1 ’T M о о CD о о о о о о ОС 'со СО СО СО мТ XT Mt хТ ТГ Т -М J СО СМ СО -г- см со см J т- СО CM ID см см см СО МГ СО Г- ю СО СО О СО CD О О О CD МГ МГ т- МГ МТ МГ Г-
о о CD т-СОСОСОт-СОтГСОхГСОхТт-ООхГСОхГГ^СОСОГ"-
NCC ’-T-T-T--r-r-.iOlDlDlOr-lDlDlDlDr-COlDlDLDCO
F, МГц СО XT СМ СО С0_ СО С0 0 СМ СМ М О СО ’З- СМ ^_ СО ю м; со Ю (О б Ш О) бй с' Т" т“ Ю 'Ч' LO об б in О) О)' ’r’J’J’t’J'JM'0)Lf)lf)lf)ino)lOlOlOI£lOQinLO CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CD CDCDCDCDCD CDCD
Nch rr-T-cOCDCO^lDCOT-CMCOLDCD^SS^^LDCM^- )lOC0COCOb-r-r^-r-COCOCOCOCD°°^Z^Z^Z^”
5N T-CMCO'Q-IDCOh-COCDOT-CMCO^ CMCMCMCMCMCMCMCMCMCOCOCOCOCr: ID (0 Г"- со CD СО СО СО СО СО 40 41
Измерения параметров радиосигналов
281
Пример работы анализатора. В табл. 6.9 показан сводный ре-
зультат анализа частотных каналов стандарта GSM диапазона 900 МГц.
Измерения проводились в фиксированной точке областного центра.
В таблице приведены принятые данные, а также часть измеренных па-
раметров сигналов, обнаруженных БС. Прочерки в таблице означают
ошибки декодирования при приеме соответствующего сообщения. Бук-
ва «h» для параметров MCC, MNC означает представление в шестна-
дцатеричной форме. Значение МСС = 250 является кодом России.
Видно, что была найдена 41 БС трех GSM сетей (МТС, Мегафон,
Билайн). Значения их идентификационных кодов MNC равно 01f, 02f
и 991. Найдено восемь сот сети 011, четырнадцать сот сети 021 и де-
сять сот сети 99Т Каждой из сот выделено не более двух или трех
частотных каналов. Для четырнадцати БС удаленных сот широковеща-
тельную информацию полностью или частично принять не удалось, что
обусловлено плохими условиями приема. Из них девять сот не удалось
идентифицировать на принадлежность к сети
Анализ частотного сдвига сигналов показывает, что все БС удовле-
творяют требованиям стабильности частоты опорного генератора. Хо-
рошие условия приема по параметру р2, как правило, сопровождаются
низким (нулевым) значением эффективной длины канала. При слабом
сигнале достоверность измерения профиля многолучевости и, соответ-
ственно, параметра trms является небольшой В этом случае имеем
завышенную оценку параметра trms-
Выполненный анализ внутри- и межсетевых интерференционных
воздействий показал, что конфликтные частотные каналы, одновремен-
но используемые БС различных сетей, отсутствуют. Найдены три ча-
стотных канала, используемых БС одной сети.
Nch = 35 МГц — используется БС № 16 (CI = 30205, трафик канал)
и № 15 (CI не принят, широковещательный канал) сети 991. Для точки
приема соотношение их мощностей равно 6 дБ.
Nch = 69 МГц— используется БС № 25 (CI = 30206, трафик канал)
и № 22 (CI = 30195, широковещательный канал) сети 991. Для точки
приема соотношение их мощностей равно 16 дБ.
Nch = 82 МГц — используется базовыми станциями № 31 (CI =
= 40911, широковещательный канал) и 40 (С1=40823, трафик канал) сети
021. Для точки приема соотношение их мощностей равно 2 дБ
6.9. Анализатор параметров базовых
станций стандарта CDMA
Анализатор предназначен для идентификации и измерения пара-
метров радиосигналов БС CDMA сетей, работающих по стандартам
IS-95A, IS-95B, cdma2000 (IMT МС-450). Анализатор способен функци-
онировать и в последних генерациях CDMA-сетей, таких, как 1xEV DO,
1xEV-DV. Он использует только широковещательные данные, игнорируя
282
Глава 6
Рис. 6.61. Окно программы CMO-CDMA
информацию трафиковых каналов абонентов Поскольку анализируе-
мые каналы передаются в полосе 1,25 МГц, анализатор может успешно
работать не только в сетях 1 х, но и сетях 2х, Зх и др. Структура сигнала
CDMA рассматривалась в разд. 5.6.
Как и анализатор GSM базовых станций, анализатор состоит из ап-
паратной части — измерительного ЦРПУ «Аргамак-ИМ» или «Аргамак-
ИС» и программной части — системного математического обеспече-
ния CMO-CDMA. Последнее может быть установлено на персональном
компьютере в едином пакете с другим программным обеспечением:
CMO-GSM, СМО-ПАИ, СМО-КН 1 [21, 24]. Структурная схема анали-
затора CDMA базовых станций ничем не отличается от структурной
схемы анализатора базовых станций стандарта GSM, предогавленной
на рис. 6.54, окно программы CMO-CDMA в режиме мониторинга БС
показано на рис. 6.61.
Анализатор обеспечивает получение следующих идентификацион-
ных широковещательных данных сигналов БС [22]:
• идентификатор системы;
• идентификатор сети;
• уровень протокола (стандарт);
Измерения параметров радиосигналов
283
• минимальный уровень МС, который позволяет функционировать с
данной БС;
• индекс сдвига пилот-ПСП;
• идентификатор базовой станции;
• долгота и широта местоположения базовой станции;
• зона регистрации;
• номера частотных каналов сети.
При этом реализованы алгоритмы оценки параметров сигналов ба-
зовых станций, в том числе:
• частотного сдвига;
• ширины полосы частот,
• мощности суммарного сигнала;
• отношения пиковой мощности к средней мощности суммарного
сигнала;
• мощности пилот-сигнала;
• кодограммы — мощности сигналов всех кодовых каналов;
• коэффициента использования кодовых каналов;
• отношения мощности пейджингового канала к мощности пилот-ка-
нала;
• отношения мощности синхроканала к мощности пилот-канала;
• уровня межсотовой помехи;
• уровня паразитного прохождение несущей;
• вектора ошибок EVM;
• параметра р качества сигнала;
• профиля многолучевости;
• эффективной длины канала распространения;
• уровня многолучевости;
• отношения сигнал/(помеха+шум) для пилот-сигнала;
• вероятности битовой и пакетной ошибки.
Кроме того, определяются мощности сигналов обнаруженных базо-
вых станций.
Алгоритм приема широковещательных данных и измеряемые
параметры. Прием широковещательной информации предполагает
выполнение процедуры формирования видеосигнала с необходимой ча-
стотой отсчетов, поиска сигнала базовых станций, частотно-временной
синхронизации, определения многолучевых компонент сигналов обна-
руженных БС, оценки канала, а также непосредственно процедуры при-
ема сообщений синхроканала и пейджингового канала. Под оценкой
канала понимается оценка комплексных амплитуд сигналов лучей.
Структурная схема цифровой обработки сигнала CDMA БС, реали-
зованная в программе CMO-CDMA, представлена на рис. 6.62.
На вход программной части поступает цифровой сигнал на проме-
жуточной частоте полосой 2 МГц с частотой дискретизации /д = 6,4 МГц,
284
Глава 6
Рис. 6.62. Структурная схема алгоритма обработки CDMA сигнала
из которого формируется видеосигнал. Для этого определяется сред-
нее значение входного потока отсчетов, которое вычитается из вели-
чины этих отсчетов с целью компенсации среднего значения АЦП при-
емника Затем выполняется перенос на видеочастоту. После пере-
носа частоты сигнал фильтруется для подавления высших гармоник и
приведения исходной полосы сигнала к полосе 1,25 МГц. Далее осу-
ществляется передискретизация сигнала с целью преобразовать часто-
ту дискретизации к величине 4/с, где fc — частота следования чипов
(элементарных символов).
Для поиска пилот-сигнала формируется решающая функция для
временных позиций из априорного интервала длительностью 26,67 мс,
расположенных через 1/2 чипа. Решающая функция определяется вы-
ходным сигналом фильтра, согласованного с пилот-ПСП, Формируемые
значения решающей функции сравниваются с адаптивным порогом. Ес-
ли эти значения не превышают порог на всем априорном интервале, то
выносится решение об отсутствии пилот-сигнала в данном частотном
канале и дальнейшая работа с этим частотным каналом прекращает-
ся. Если для некоторых временных позиций имеет место превышение
порога, то выносится решение о наличии сигнала и соответствующие
временные позиции полагаются приближенными оценками временно-
го положения сигналов базовых станций. Исходно временной сдвиг
сигналов различных базовых станций кратен 64 чипам, что позволяет
Измерения параметров радиосигналов
285
отличить многолучевые компоненты сигнала одной базовой станции от
сигнала других базовых станций.
По пилот-сигналу обнаруженных БС оценивается частотная рас-
стройка между генераторами передающей и приемной сторон. В слу-
чае необходимости выполняется коррекция частоты входного видео-
сигнала.
Далее определяются многолучевые компоненты сигналов базовых
станций. При этом анализируются значения решающей функции, взя-
тые через 1/4 чипа в некоторой окрестности найденных ранее времен-
ных позиций обнаруженного сигнала. Эти оценки используются затем
для синхронизации однолучевых приемников Rake-приемника при оцен-
ке канала и демодуляции данных.
Для многолучевых компонент сигналов каждой обнаруженной ба-
зовой станции осуществляется децимация сигнала с коэффициентом
1/4. В результате для каждого однолучевого приемника формирует-
ся поток отсчетов с частотой 1 отсчет на чип. Далее осуществляется
снятие пилот-ПСП, для чего выполняется умножение децимированных
отсчетов сигнала на значения опорных комплексных псевдослучайных
пилот-последовательностей. Результирующие отсчеты сигнала посту-
пают на блок оценки канала и блоки приема сообщений канала син-
хронизации и пейджингового каналов.
Методом скользящего окна для каждого однолучевого приемника
формируется оценка канала. Эти оценки используются для демодуля-
ции принимаемых символов пейджингового канала и канала синхрони-
зации.
При приеме сообщений канала синхронизации сигнал поступает на
корреляторы функции Уолша , соответствующие многолучевым ком-
понентам. В результате на их выходах формируются корреляционные
отклики символов канала синхронизации для каждой многолучевой ком-
поненты. На их основе формируются решения о символах в виде ре-
альной части взвешенной суммы корреляционных откликов многолуче-
вых компонент, |де веса представляют собой комплексно сопряженные
оценки канала этих компонент (Rake-приемник). Далее осуществляется
деперемежение блоков символов и объединение решений одинаковых
(повторяемых) символов. Затем выполняется декодирование Витерби.
В декодированном потоке символов по биту SOM определяется начало
сообщения синхроканала. Выполняется проверка правильности деко-
дирования сообщения по проверочным битам (CRC). Если декодиро-
вание сообщения синхроканала произошло с ошибкой несколько раз
подряд, то выносится решение о плохих условиях приема и дальней-
шая работа с сигналом данной базовой станции в рассматриваемом
частотным канале прекращается. В случае правильного декодирова-
ния из соответствующих полей сообщения выделяются основные па-
раметры, характеризующие исследуемую базовую станцию: идентифи-
катор системы SID, идентификатор сети NID, уровень протокола (стан-
286
Глава 6
дарт), минимальный поддерживаемый уровень протокола МС. Кроме то-
го, определяются вспомогательные параметры, которые используются
для приема пейджингового канала: индекс сдвига пилот ПСП PILOT.PN,
системное время, состояние Long-кода, скорость передачи данных в
пейджинговом канале.
При приеме сообщений пейджингового канала сигнал поступает на
корреляторы функции Уолша IVf4, соответствующие многолучевым ком-
понентам. В результате на их выходах для каждой многолучевой компо-
ненты формируются корреляционные отклики символов пейджингового
канала. Далее формируются решения символов (битов) как реальная
часть взвешенной суммы корреляционных откликов многолучевых ком-
понент, где веса представляют собой комплексно сопряженные оценки
канала соответствующих компонент. После этого осуществляется депе-
ремежение блоков символов и объединение мягких решений одинако-
вых символов в случае, если в пейджинговом канале имеется повтор.
Затем выполняется декодирование Витерби. В декодированном потоке
символов, используя биты SCI, определяются тип сообщений (синхро-
низированные или несинхронизированные), а также начало и окончание
сообщений потока. Выполняется проверка правильности декодирова-
ния пейджинговых сообщений по проверочным битам (CRC). Если со-
общения пейджингового канала декодируется с ошибкой несколько раз
подряд, то выносится решение о плохих условиях приема и дальнейшая
работа с пейджинговым каналом данной базовой станции прекращает-
ся. В случае правильного декодирования отбираются нужные сообще-
ния, из соответствующих полей которых выделяются параметры, харак-
теризующие принимаемую базовую станцию: идентификатор базовой
станции BASEJD, долгота и широта местоположения базовой станции,
зона регистрации, частотные каналы сети.
Анализатором принимаются следующие широковещательные дан-
ные:
• данные синхроканала: идентификатор системы, идентификатор се-
ти, уровень протокола (стандарт), минимальный уровень протокола
МС, индекс сдвига пилот-ПСП;
• данные пейджингового канала: идентификатор базовой станции,
долгота и широта местоположения БС, зона регистрации, частот-
ные каналы сети.
Виды измерений и основные оцениваемые параметры сигналов БС
CDMA сетей приведены в табл. 6.10.
Для обнаруженных БС оценивается частотный сдвиг AF как от-
клонение средней частоты сигнала базовой станции от средней ча-
стоты выделенного канала. Частотный сдвиг оценивается по пилот-
сигналу и выполняется в соответствии с интерполяционным алгорит-
мом из [87], где получены характеристики этого алгоритма и показа-
но, что оценка частотного сдвига является гауссовской и несмещенной,
Измерения параметров радиосигналов
287
Таблица 6.10
Принимаемые широковещательные данные и измеряемые параметры
Вид измерений Измеряемые параметры
Спектральные изме- рения Мощностные изме- рения Частотный сдвиг. Ширина полосы частот. Спектро грамма Мощность суммарного сигнала. Отношение пиковой мощности к средней мощность суммарного сигнала. Относительные мощности сигналов обнаруженных станций
Измерения в кодовой области Мощность пилот-сигнала. Кодограмма — мощности сигналов всех кодовых каналов. Коэффициент ис- пользования кодовых каналов. Отношение мощности синхроканала к мощности пилот канала. Отношение мощности пейджингового канала к мощности пи лот- канал а
Оценка качества сиг- нала Характеристики кана- ла распространения Вектор ошибок EVM. Параметр р качества сигнала. Уровень паразитного прохождения несущей Профиль многолучевости. Эффективная длина кана- ла распространения. Уровень многолучевости. Уро- вень межсотовой помехи
Оценка качества при- ема Вычисление место- положения базовых станций Измерение напря- женности поля в ча- стотном канале Построение зоны покры ГИЯ Отношение сигнал/(помеха+шум) для пилот-сигнала. Частота битовой ошибки. Частота пакетной ошибки Проводится амплитудным методом по результатам измерения мощности сигнала в нескольких точках местности Измеряется при наличии калиброванных антенн Проводится по результатам измерения напряжен- ности поля в нескольких точках местности с учетом данных цифровых карт местности
Оценка мощности из- лучения передатчика Оценивается мощность излучения секторной антен- ны при известных координатах базовой станции, вы- соты подвеса антенны, диаграммы направленности антенны и результатов измерения напряженности поля и данных цифровых карт местности
а ее дисперсия при достаточном числе отсчетов на интервале корре-
ляции (что имеет место в данном случае) практически равна диспер-
сии оптимальной оценки.
Ширина полосы частот CDMA сигнала определяется как спектраль-
ный интервал, в пределах которого лежит 99 % передаваемой в дан-
ном частотном канале мощности.
Мощность суммарного сигнала оценивается как средняя мощность
сигнала базовой станции в полосе CDMA сигнала 1,25 МГц. Известно,
что CDMA сигнал обладает большим пик-фактором. Поэтому для его
оценки определяется отношение пиковой мощности к средней мощ-
ность суммарного сигнала.
На рис. 6.63 приведен пример зависимости мгновенной мощности
суммарного CDMA сигнала Ps от времени t. Отношение пиковой мощно-
288
Глава 6
Рис. 6.63. Пример изменения мгновенной мощности CDMA сигнала
сти к средней мощности суммарного сигнала для этого примера равно
10,2 дБ.
CDMA сигнал представляет собой совокупность параллельных кана-
лов, расширенных ортогональными функциями Уолша. Кодовая область
является специфической и важнейшей для CDMA сигнала, поэтому вы-
полняется ее детальный анализ. Оцениваются с учетом многолучевости
и визуализируются мощности всех возможных каналов, которые могут
присутствовать в анализируемом CDMA сигнале. Причем в отличие от
известных анализаторов для БС сетей cdma2000 на кодограмме при-
водятся коды Уолша различной длины.
По кодограмме определяется коэффициент использования кодо-
вых каналов и, представляющий собой отношение используемых кодов
к общему кодовому ресурсу и характеризующий загрузку анализируе-
мой БС.
Важнейшей характеристикой, в значительной степени определяю-
щей область покрытия БС, является мощность пилог-сигнала Р. Анали-
затор вычисляет мощности пилот-сигналов всех обнаруженных базовых
станций. v
Мощности каналов CDMA сигнала различны. Рассчитываются от-
ношения мощности широковещательных каналов: синхроканала и пей-
джингового канала к мощности пилот-канала ус и 7П.
На рис. 6.64 показан пример кодограммы для сигнала сети
cdma2000. Здесь по оси абсцисс отложены номера канальных кодов
Уолша, по оси ординат — оценки относительных мощностей каналов.
Линии с заливкой соответствуют каналам с кодами Уолша длиной 64 чи-
па, линии без заливки — длиной 32 чипа. Пилот-сигналу соответствует
нулевая функция Уолша, синхроканалу — 32-я функция Уолша длиной 64,
пейджинговому каналу — 1-я функция Уолша длиной 64, трафик-каналы
соответствуют другим функциям Уолша длиной 32 и 64 чипа. Оцен-
ка коэффициента использования кодовых каналов для этого примера
равна 0,203. Оценка отношения мощности синхроканала к мощности
Измерения параметров радиосигналов
289
Рис. 6.64. Пример кодограммы для
сигнала сети cdma2000
Рис. 6.65. Пример оценки
профиля многолучевости канала
распространения CDMA
пилот-канала равна —10 дБ. Оценка отношения мощности пейджинго-
вого канала к мощности пилот-канала равна —4,5 дБ.
Качество сигнала базовой станции характеризуется несколькими
параметрами: вектором ошибок EVM, вычисляемым как среднеквадра-
тическое значение разности между переданным и принятым символом;
параметром р, комплексно характеризующего качество сигнала, вклю-
чая погрешности синхронизации и искажения формы сигнала, а также
уровнем паразитного прохождения несущей — отношением мощности
немодулированного сигнала к мощности модулированного сигнала.
Одной из причин ухудшения приема является временная диспер-
сия сигнала, или многолучевость канала распространения. Оценка про-
филя многолучевости осуществляется по пилот-сигналу и определяет-
ся решающей функцией поиска многолучевых компонент сигнала. На
рис. 6.65 приведен пример оценки профиля многолучевости канала рас-
пространения.
Кроме того, по профилю многолучевости рассчитываются вспомо-
гательные параметры канала распространения: эффективная длина ка-
нала распространения trms — корень квадратный второго центрального
момента от профиля многолучевости и уровень многолучевости — от-
ношение мощности сигналов всех лучей, кроме максимального, к сум-
марной мощности сигналов всех лучей.
Помеху входного сигнала можно условно разделить на внутрисото-
вую помеху, обусловленную многолучевостью канала распространения,
и межсотовую помеху, вызванную сигналами других базовых станций
используемого частотного канала. Последняя обычно существенно пре-
восходит уровень внутренних шумов приемного устройства. Анализатор
оценивает уровень межсотовой помехи <т2, используя оценки средних
значений мощности многолучевых компонент пилот-сигнала и оценки
средних значений мощности помехи и шума этих компонент.
Оценка качества приема характеризуется частотой битовой ошибки
BER, определяемой как единица минус отношение успешно демодули-
10—5729
290
Глава 6
рованных бит к общему числу принятых битов успешно декодированных
пакетов синхроканала, и частотой пакетной ошибки PER, рассчитыва-
емой как единица минус отношение успешно декодированных пакетов
синхроканала к общему числу принятых пакетов. Кроме того, анали-
затор оценивает отношение сигнал/(помеха+шум) для пилот-канала с
учетом многолучевости канала распространения
Вычисление местоположения БС осуществляется амплитудным ал
горитмом вычисления координат, который основан на учете зависимо-
сти амплитуды поля источника от расстояния до него. Исходными дан-
ными для расчетов являются выборка амплитуды поля и координаты
анализатора на момент измерений, диаграмма направленности пере-
дающей антенны. Для уточнения мощности передатчика используются
измерения напряженности электромагнитного поля в нескольких точках.
Задача решается на основе дискретного перебора значений мощности
из диапазона, задаваемого оператором, с целью поиска такого значения
мощности, который обеспечит максимальное совпадение результатов
измерений с теоретическими расчетами. При этом учитывается рельеф
местности, застройка и растительность. Для вычисления местоположе-
ния БС, построения зоны покрытия, уточнения мощности передатчиков
используется программный пакет СМО-КН.
Для повышения точности результатов измерение параметров сиг-
налов БС, таких, как ширина полосы частот, мощность суммарного сиг-
нала, EVM, р и уровень паразитного прохождение несущей, должно вы-
полняться вблизи базовой станции.
Измерения параметров, связанных с каналом распространения и
качеством приема, таких, как мощность пилот-сигнала, профиль мно-
голучевости, эффективная длина канала распространения, отношения
сигнал/(помехатшум), частота битовой и пакетной ошибки, выполняют-
ся в произвольных местах зоны покрытия.
Примеры работы анализатора. Рассмотрим два примера ана-
лиза сигналов БС для систем IS-95B и cdma2000. Измерения прово-
дились в фиксированной точке крупного города на частотах 881,25 и
463,975 МГц.
На рис. 6 66 представлена решающая функция поиска для различ-
ных значений индекса сдвига пилот ПСП PILOT_PN в сети cdma2000.
Горизонтальная линия соответствует порогу поиска. Видно, что в ис-
следуемой частотной полосе обнаружены пять базовых станций. Пилот-
сигнал одной из них является достаточно мощным. Значения решаю-
щей функции поиска, при соответствующих значениях индекса сдвига
превысившие порог, характеризуют относительные мощности сигналов
обнаруженных базовых станций.
В табл. 6 11 и 6.12 приведены некоторые принятые данные, а также
измеренные параметры сигналов обнаруженных БС. Прочерки в таблице
означают ошибки декодирования при приеме соответствующего сооб-
щения
Измерения параметров радиосигналов
291
Некоторые результаты работы анализатора для системы IS-95B
S
с;
Ю
га
0,32 о со о 0,09
О) cd со
о о о
о о о"
,27 ,47 1
о о
, ДБ со со ,09 Т— CXJ
сс со 1 т— 1— 1 о см 1
сл
о
о о со
о о ОО
2 о о" т—
Л
к
LD см со
cl VTj” СП со
г.
со со
Ъ со со со
L0 CD со о
Ct о СО со
— СО со 1—
Оч СМ см см
22 о
1— со о о
- со со ю
со см"
<*] Г" Т“ 1— 1
Q
> ш сл < 896 со см 1
СП
Z 1 о
см 1
о см
-- 1
Q.
Q 1
(Л
Q
о о 1
Z
©1 Z 5— см со
СО СО СО С со со см с о' а> о с 0,20
с1" О О CD со Г- 1- 1- о о о_ о' о o’ o' о"
0,20 0,81 1 1
SINR, дБ ,п СП CM СО CD СМ ч- СО CD pj -г-” со' со' ю' '7777
о S гл S £ о о о о со О О Ои о со_ о о о' о' о
ст2, дБ CD Т- (О со ’-Г^-Г'СО’Т СО СО LO up СО
Р, ДБ CD СО •'Т СО О СО CD CD CD о' Т-' см' см' СО СО СО СО
AF, Гц тг о °- £ 2 CD ТГ 9 ю- Г- СО _ п | | 7 СО I
BASEJD 936 4364 1
Z о. 1 1— о т-т-СОт-^- СО CD h- СО CD СМ СМ СМ СО СМ
SID т—ч—т—т—т- (О СО СО (О со о о о о о СМ СМ СМ СМ см ч— ч— Т" ч— ч—
NID
OI Ч- см СО X г со
292
Глава 6
Рис. 6.66. Пример решающей функции поиска
Видно, что в сети IS-95B обнаружено три БС, а в сети cdma2000 —
пять БС. При отношении SINR более —11 дБ для обеих сетей успеш-
но приняты сообщения синхро- и пейджингового каналов двух БС. Ко-
гда величина SINR приблизительно равна —16 дБ, успешно принято со-
общение синхроканала, а сообщение пейджингового канала принято с
ошибкой. И когда величина SINR приблизительно равна —20 дБ, сооб-
щения обоих каналов приняты с ошибкой. Когда сигнал относительно
слабый (SINR < —15 дБ), некоторые измерения, в частности частотного
сдвига, становятся недостоверными.
6.10. Заключительные замечания
В главе рассмотрены методы измерения основных характеристик
радиосигналов, приведены нормативные требования к параметрам ра-
диопередатчиков и допустимые погрешности их измерения. Показано,
что панорамные измерительные приемники семейства «Аргамак» обес-
печивают необходимую точность измерения основных параметров ра-
диосигналов и могут быть использованы в различных измерительных
системах, включая анализаторы параметров базовых станций сотовых
систем радиосвязи стандартов GSM и CDMA.
Показано, что при измерении напряженности поля сигнала целесо-
образно учитывать влияние рельефа местности, кварталов застройки,
растительности, диаграммы направленности антенны передатчика, вы-
соты подъема антенны передатчика. При этом на стационарных стан-
циях предпочтительно применение панорамного измерителя напряжен-
ности поля «Аргамак-ИС», поскольку в этом приборе преобразователь
радиосигналов АРК-ПС5 встроен непосредственно в выносной датчик
поля, а по кабелю снижения в блок аналого-цифровой обработки сигнал
Измерения параметров радиосигналов
293
передается на промежуточной частоте, длина кабеля снижения может
достигать нескольких сотен метров при сохранении высокой чувстви-
юльности и динамического диапазона.
Измерение напряженности поля целесообразно осуществлять в ре-
жиме экспресс анализа во время движения, так и на стоянке. Это де-
лает возможным построение точной картины пространственного рас-
пределения напряженности поля с последующим расчетом координат
ИРИ, проверку мощности радиопередатчиков, определение зон покры-
|ия средств вещания и связи, оценку электромагнитной совместимо-
сти радиоэлектронных систем.
Изложены существующие подходы к распознаванию вида модуля-
ции и определению ее параметров Дано описание функций и ст рукгуры
унифицированной программы автоматизированного теханализа, входя-
щей в пакет специализированного математического обеспечения СМО-
ГЛА. Показаны особенности практической работы с программой для
конкретных сигналов: AM, ЧМ, с ЧМн на поднесущей (FFSK) и ФМн.
Рассмотрена реализация модуля автоматического распознавания
сигналов в программе панорамного спектрального анализа СМО-ПА,
предоставлены рекомендации по его использованию в различных ре-
жимах. Приведены примеры определения различных видов модуляции.
Описывается применение модуля автораспознавания радиосигналов в
программе СМО-РД2, предназначенной для измерений параметров и
декодирования сигналов на станциях контроля KB-радиолиний с прото-
колом RTTY.
Проанализирована структура, возможности и особенности приме-
нения анализаторов параметров базовых станций стандартов GSM и
CDMA, которые обеспечивает измерение широкого перечня параметров
базовых станций и канала распространения радиоволн. По функцио-
нальным и метрологическим возможностям они не уступают анализато-
рам базовых станций GSM и CDMA сетей ведущих мировых производи-
телей.
Глава 7
Пеленгование источников
радиоизлучения
Радиопеленгатор измеряет угол прихода радиоволн и позволяет
определить направление на их источник [189].
Пеленг — это угол между направлением на источник радиоизлуче-
ния (точка О на рис. 7.1) из точки пеленгования (точка А на рис. 7.1)
и некоторым исходным направлением. Пеленг, отсчитываемый по ча-
совой стрелке от северного направления географического меридиана,
называется истинным. Если в качестве исходного направления берет-
ся продольная ось транспортного средства, пеленг будет относитель-
ным (бортовым) [96, 189, 231].
Традиционно радиопеленгаторы принято относить к угломерным
радионавигационным системам. Главной задачей навигационной си-
стемы является определение положения подвижного объекта, например
корабля или самолета, в земной системе координат. Если известны ко-
ординаты двух и более радиопередатчиков, то, запеленговав их, можно
определить собственные координаты объекта.
При помощи одного пеленгатора можно определить только пеленг
и, следовательно, азимут на источник радиоизлучения. Для определе-
Рис. 7.1. Истинный и относительный радиопеленги
Пеленгование источников радиоизлучения
295
ния местоположения источника необходимо иметь по крайней мере два
радиопеленгатора, удаленные друг от друга на значительное рассто-
яние. Искомое положение источника радиоизлучения будет опреде-
ляться точкой пересечения пеленгов. Пеленги могут быть получены
одновременно или последовательно. Поскольку земная поверхность
не плоская, представлять линии пеленгов в виде прямых линий мож-
но только на сравнительно небольших расстояниях. В условиях средних
широт эти расстояния примерно соответствуют прямой видимости. На
больших расстояниях линии пеленгов прокладываются на карте в ви-
де геодезических линий — ортодромий, соединяющих по кратчайшему
пути данные точки на земной поверхности. Вид геодезических линий
зависит от используемой картографической проекции.
В настоящее время пеленгование для целей радионавигации теря-
ет свое значение в силу распространения спутниковых навигационных
систем. В то же время потребность в определении местоположения
источников радиоизлучения по-прежнему остается актуальной в целом
ряде важных областей, в том числе:
• для радиомониторинга с целью выявления местоположения источ-
ников радиосигналов и радиопомех;
• для борьбы с терроризмом,
• для военных применений;
• для современных систем радиосвязи с множественным доступом;
• в интересах научных исследований, например в радиоастрономии.
7.1. История техники пеленгования
Можно считать, что история радиопеленгации началась в 1888 г.,
когда Генрих Герц отметил направленные свойства антенн, проводя
опыты в дециметровом диапазоне радиоволн [231] Первые пеленгато-
ры представляли собой поворачиваемый электрический или магнитный
диполь, который ориентировался в соответствии с направлением элек-
трической или магнитной составляющей поля Пеленгатор с вращаю-
щейся рамкой — один из наиболее известных пеленгаторов этого типа.
Пеленгаторы с вращающимися рамочными антеннами начали ши-
роко использоваться уже в Первой мировой войне. Они хорошо себя
зарекомендовали в диапазоне низких частот от 0,2 до 1,5 МГц [39]. При
большом отношении сигнал-шум они позволяли выполнять измерения с
точностью до 1°. Но в диапазоне гектометровых волн (3...30 МГц) ра-
мочные пеленгаторы давали большие ошибки, особенно в ночное вре-
мя. Эти ошибки связаны с особенностями распространения коротких
волн, которые, отражаясь от ионосферы, меняют угол поляризации. По-
явление ошибок в рамочном пеленгаторе объясняется, прежде всего,
приемом электромагнитного поля на горизонтальные части рамки. По-
этому на следующем этапе развития радиопеленгования стали исполь-
зовать разнесенные штыревые антенны.
296
Глава 7
Англичанин Эдкок в 1917 г. заметил, что с помощью вертикальных
штыревых антенн, разнесенных не больше, чем на десятую часть длины
волны, можно получить диаграмму направленности (ДН), аналогичную
рамочным антеннам, не прибегая при этом к нахождению каких-либо
дополнительных горизонтально поляризованных компонент поля. При-
близительно с 1931 г. антенны Эдкока стали широко использоваться на
практике [231]. Эти антенны относятся к антеннам с малой базой, по-
скольку геометрическое расстояние между штыревыми антеннами мно-
го меньше длины волны.
Были предложены различные модификации пеленгаторов с антен-
ной системой Эдкока, рассчитанные на уменьшение антенного эффекта.
Ватсон-Ватт в 1925-1926 годах предложил вместо пеленгаторов с
механическим поворотом ангенн использовать две неподвижные рамки
в комбинации с ненаправленным штырем, а для отображения пеленга
применять электронно-лучевую трубку. С 1943 г. английские военно-
морские суда были оснащены трехканальными пеленгаторами Ватсона-
Ватта коротковолнового диапазона, которые успешно использовались
для обнаружения немецких подводных лодок. С 1931 г. закамуфлиро-
ванные пеленгаторы стали использоваться на автомобилях, также по-
явились носимые ручные пеленгаторы [231].
Системы, реализующие метод Ватсона-Ватта и Эдкока, часто отно-
сят к числу амплитудно-фазовых. В них используется синхронное изме-
рение амплитуды пеленгуемого сигнала на трех антеннах. Две из них
имеют ДН в виде восьмерки и расположены на ортогональных базах,
третья антенна — ненаправленная. В классическом методе Ватсона-
Ватта используется трехканальное радиоприемное устройство с сов-
мещенным гетеродином и показывается угол прихода сигнала в виде
функций синуса и косинуса третьего ненаправленного канала. В методе
Ватсона-Ватта используются рамочные антенны, в системах Эдкока для
этой цели используются пары сфазированных штыревых антенн.
Достоинствами пеленгаторов Ватсона-Ватта и Эдкока являются ма-
лое время реакции, высокая точность и чувствительность. Недостатка-
ми этих пеленгаторов являются сравнительно узкий частотный диапа-
зон, плохая устойчивость к помехам вследствие многолучевого приема,
ограниченная возможность различения нескольких некогерентных сиг-
налов с разными азимутами в одном частотном канале.
В годы второй мировой войны в Англии и США выпускались ра-
диопеленгаторы с разнесенными рамочными антеннами, которые ис-
пользовались для пеленгования в диапазоне гектометровых волн [52].
Необходимость разработки таких радиопеленгаторов была вызвана тем,
что пеленгаторы с антенной системой Эдкока при нахождении источни-
ка на расстоянии 50...350 км давали большие ошибки за счет резкого
уменьшения уровня сигнала при увеличении угла падения радиоволн.
В 1943 г. появились широкоапертурные пеленгаторы Вулленвебе-
ра. Пеленгатор Вулленвебера был создан немецкой фирмой «Телефун-
Пеленгование источников радиоизлучения
297
кен». Его антенна имела большую базу (по сравнению с длиной волны)
и представляла собой сложное инженерное сооружение, состоящее из
сорока вертикально расположенных широкополосных антенных систем,
размещенных по окружности с радиусом 120 м. За антеннами по внут-
реннему кругу была установлена металлическая сетка для обеспечения
приема радиоволн, приходящих извне [52], От каждой антенны под
землей были проложены фидеры с волновым сопротивлением 75 Ом к
операторской, расположенной в центре. Радиопеленгатор предназна-
чался для работы в диапазоне частот от 6 до 20 МГц.
Амплитудные системы, реализующие метод Вулленвебера, основа-
ны на электронном сканировании ДН антенной решетки (АР). В этом
методе для получения оптимальной ДН в определенном секторе сиг-
налы с нескольких антенных элементов (АЭ) пропускаются через фазо-
сдвигающие устройства и суммируются. Таким образом, для получения
оптимальной ДН в пределах всей окружности требуется большое чис-
ло АЭ и фазосдвигающих цепей, а также сложная система коммутации.
Недостатком таких систем, помимо их сложности, является относитель-
но узкий частотный диапазон (коэффициент перекрытия, как правило,
не более 10). К достоинствам относятся высокая чувствительность и
точность, хорошая устойчивость к помехам, возникающим из-за много-
лучевости, возможность различения нескольких некогерентных сигналов
с разными азимутами в одном частотном канале.
Первый коротковолновый пеленгатор на основе эффекта Доплера
был сконструирован в 1941 г. Быстрое усовершенствование радиолока-
торов привело к необходимости пеленгования все более высокочастот-
ных диапазонов: уже в 1943 г. появились доплеровские пеленгаторы
с частотой до 3 ГГц. С пятидесятых годов аэропорты по всему ми-
ру были оборудованы доплеровскими пеленгационными системами для
контроля воздушного пространства.
Доплеровские и псевдодоплеровские системы относятся к числу
фазовых. В обычной реализации доплеровского метода пеленгования
используется одна ненаправленная антенна, вращающаяся с постоян-
ной угловой скоростью относительно оси, перпендикулярной плоскости
распространения радиоволны. Вращение антенны модулирует прини-
маемый сигнал по частоте. Причем максимальный доплеровский сдвиг
обнаруживается в точке окружности, где направление прихода радио-
волны совпадаете касательной к окружности вращения антенны. Сигнал
с антенны подается на вход радиоприемного устройства, рассчитанно-
го на прием частотно-модулированных сигналов. К выходу частотного
детектора подключается фазовый детектор, на опорный вход которого
подается гармонический сигнал привода антенной системы. При со-
ответствующей фазировке опорного сигнала направление на источник
соответствует максимуму напряжения на выходе фазового детектора.
Псевдодоплеровские системы имитируют вращение единственной
антенны доплеровского пеленгатора быстрым переключением антенн,
298
Глава 7
расположенных в виде кольцевой АР. Достоинствами доплеровских
(псевдодоплеровских) радиопеленгаторов являются широкий частотный
диапазон (коэффициент перекрытия более 10), высокие чувствитель-
ность и точность, устойчивость к помехам многолучевого приема. Ос-
новные недостатки таких радиопеленгаторов: невозможность разреше-
ния сигналов в одном частотном канале; влияние собственной модуля-
ции пеленгуемого сигнала на точность пеленга при пеленговании сигна-
лов с угловой модуляцией; ограничение ширины полосы пеленгуемого
сигнала рабочей областью частотного или фазового дискриминатора.
В 60-х и 70-х годах в трудах О.В. Белавина, В.А. Вентцеля, Л.С. Гут-
кина, И.С Кукеса, В.К. Мезина, Д.Р. Родса, В С. Ульянова, С.Е. Фаль-
ковича, В.В. Ширкова, Е.Я. Щеголева и других отечественных и зару-
бежных ученых теория пеленгования получила дальнейшее развитие
[33, 39, 40, 110, 170].
В начале 70-х годов прошлого века в радиопеленгационных систе-
мах стали применять цифровую технику, в 80-х и 90-х годах для пелен-
гации все чаще используется цифровая обработка сигналов (ЦОС).
Необходимость обнаружения и пеленгования сигналов с расширен-
ным спектром частот, например сигналов с адаптивной и программной
перестройкой частоты, дала толчок к появлению широкополосного пе-
ленгатора, в котором на основе ЦОС удалось совместить процессы по-
иска и пеленгования [75, 108, 202, 232].
Использование ЦОС позволило реализовать методы, известные ра-
нее из теории спектрального анализа, стало возможным вычисление
параметров падающей волны на основе обработки сигналов от одно-
типных антенн — датчиков поля. ЦОС позволила реализовать системы,
основанные на формировании лучей ДН, например корреляционные ин-
терферометрические измерители (КИИ), использовать для пеленгова-
ния адаптивные АР и алгоритмы с повышенной разрешающей способ-
ностью, например алгоритм MUSIC (Multiple Signal Classification) [232].
7.2. Структурная схема и
характеристики радиопеленгаторов
Типовая структурная схема современного радиопеленгатора пока-
зана на рис. 7.2. Радиопеленгатор состоит из следующих основных
частей: антенной системы, радиоприемного тракта, устройства циф-
ровой обработки и устройства отображения результатов пеленгования.
В зависимости от предъявляемых требований в структурную схему мо-
гут быть добавлены дополнительные блоки, например, навигационная
система для определения собственного местоположения и ориентации
радиопеленгатора, модули дистанционного управления по кабельным
линиям или радиоканалу, блоки тестирования работоспособности, уст-
ройства для калибровки радиоприемных трактов и т.д.
Пеленгование источников радиоизлучения
299
Рис. 7.2. Типовая структура радиопеленгатора
Антенная система состоит из АЭ, расположенных в пространстве
по определенному закону, например по кругу, и содержит необходи-
мое число АЭ. В качестве АЭ могут использоваться рамочные антенны,
конические и биконические вибраторы, штыревые антенны, дискоко-
нусные антенны, направленные антенны типа логопериодической или
волнового канала и т.д В настоящее время считается, что для высо-
кой точности пеленгования (не хуже 1°) и широкого диапазона рабочих
частот (например, от 1 до 30 МГц или от 20 до 1300 МГц) достаточно
иметь 9 АЭ. В принципе, число АЭ может быть и большим. Так, вы-
пускаются фазовые радиопеленгаторы с 17 АЭ, а секторный пеленгатор
Вулленвебера содержал 40 АЭ.
Радиоприемный блок предназначен для селекции, усиления и пре-
образования частоты входного сигнала. В так называемых моноим-
пульсных пеленгаторах число приемных трактов блока равно числу АЭ.
В этом случае обеспечивается максимальная скорость пеленгования.
Однако техническая реализация такого решения сложна. Обычно сиг-
налы в приемных трактах должны быть преобразованы с одинаковы-
ми фазами и амплитудами, поэтому необходимо использование общего
синтезатора частот. В моноимпульсных пеленгаторах, перед операцией
нахождения пеленга, приемные тракты приходится калибровать с помо-
щью специального тестового генератора.
Как правило, в технике радиопеленгования ограничиваются радио-
приемным блоком, имеющим ограниченное число каналов приема,
обычно от одного до трех каналов. Если АЭ больше, чем каналов прие-
ма, то АЭ подключаются к трактам приема последовательно с помощью
высокочастотных коммутаторов.
С выходов радиоприемного блока аналоговые сигналы на проме-
жуточной частоте поступают на блок цифровой обработки, где они под-
вергаются аналого-цифровому преобразованию, и далее согласно ис-
пользуемому методу пеленгования по полученным отсчетам определя-
ется азимут на источник радиоизлучения. Кроме вычисления пеленга,
устройство цифровой обработки нередко осуществляет спектральный
анализ сигналов, цифровую демодуляцию или декодирование.
Блок индикации предназначен для представления результатов ра-
боты пеленгатора в форме, понятной оператору. Иногда этот блок
представляет собой полноценную персональную вычислительную ма-
шину. Кроме отображения результатов пеленгования и спектрального
300
Глава 7
и технического анализа, ПЭВМ используется для управления работой
аппаратуры, хранения баз данных с результатами пеленгования, сигна-
лами для технического анализа и т.д., служит для формирования от-
четов и протоколов работы.
Использование цифровой обработки сигналов позволяет избежать
некоторых недостатков, присущих аналоговым пеленгаторам. Цифровая
обработка обеспечивает синхронизацию приемных каналов, исправле-
ние значений фазы и амплитуды для антенн, кабелей и т.п. В цифровой
части отсутствует температурный дрейф, пеленг доступен в численной
форме, что. в частности, упрощает дальнейшие расчеты и передачу дан-
ных.
7.3. Основные технические
характеристики радиопеленгаторов
Наиболее важные показатели качества радиопеленгаторов:
• точность пеленгования;
• чувствительность;
• помехоустойчивость;
• быстродействие;
• разрешающая способность;
• диапазон рабочих частот;
• вид пеленгуемого сигнала;
• время развертывания;
• масса и габаритные размеры;
• сложность в производстве и эксплуатации;
• стоимость.
Точность радиопеленгатора определяется угловой ошибкой пе-
ленгования. Обычно точность характеризуется среднеквадратической
ошибкой (СКО) пеленгования, вычисляемой как
где O.t — истинный азимут; — азимут, измеренный радиопеленгато-
ром; N — число измерений. При определении точности пеленгатора
проводят большое число измерений, варьируя азимуты расположения
ИРИ и частоту излучения.
В качестве примера на рис. 7.3 показаны зависимости измеренных
пеленгов от частоты и азимута расположения тестового генератора для
пеленгатора «Артикул-П». Пеленгатор размещался на мачте высотой
10 м в центре открытой ровной площадки размерами 500x800 м Пло-
щадка была предварительно размечена маркерными колышками по кру-
гу с помощью буссоли через 10°. Тестовый генератор последовательно
Пеленгование источников радиоизлучения
301
Рис. 7.3. Зависимости измеренного азимута от частоты для радиопеленгатора
«Артикул-П». Расположение тестового генератора варьировалось с шагом 10°
(шкала справа)
Рис. 7.4. Зависимость СКО
пеленгования от частоты для
радиопеленгатора «Артикул-П»
переносился от одного маркерного
колышка к другому. В каждом по-
ложении частота излучения генера-
тора изменялась от 40 до 1000 МГц.
Как видно из рисунка, в нижней ча-
сти диапазона измерений (пример-
но до 100 МГц) наблюдается некото-
рое ухудшение точности пеленгова-
ния Можно предположить, что ухуд-
шение точности на низких частотах
вызвано влиянием земной поверхно-
сти, поскольку высота мачты здесь
оказывается соизмеримой с длиной
радиоволны Кроме того, точность корреляционного интерферометра в
нижней части рабочего диапазона уменьшается в силу того, что корре-
ляционная кривая, показывающая связь между теоретическим и прак-
тическим распределением поля на элементах АР, имеет менее острый
максимум (см. рис. 7.31). На рис. 7.4 представлена зависимость СКО
пеленгования, рассчитанного по формуле (7.1) для измеренных азиму-
тов, показанных на рис. 7.3. Из рис. 7.4 видно, что в низкочастотной
части диапазона измерений (примерно до 100 МГц) СКО пеленгования
уменьшается с 2,5° до 1°. Для частот выше 100 МГц ошибка прак-
тически не превышает 1°.
302
Глава 7
Процесс пеленгования, как и всякое измерение в условиях помех,
сопровождается случайными и систематическими ошибками. Случай-
ные ошибки пеленгования возникают под влиянием большого числа
факторов, действие которых от измерения к измерению может менять-
ся. Поэтому случайные ошибки не могут быть учтены какими-либо по-
правками в результатах пеленгования. Систематические ошибки вызы-
ваются факторами, постоянно действующими в данных условиях, поэто-
му они могут быть учтены в ходе проведения измерений.
Эксплуатационная точность пеленгатора — это точность, которую
он обеспечивает при нормальных условиях пеленгования. Ее оценива-
ют по большому числу пеленгов, полученных в различных условиях для
местных источников радиоизлучения, местоположение которых извест-
но. Эти объекты, по возможности, должны располагаться на неодинако-
вых расстояниях и излучать радиоволны разной длины. В ряде случаев
напряженность электромагнитного поля излучения пеленгуемых источ-
ников может быть близка к чувствительности пеленгатора. Сравнивая
измеренные пеленги с истинными азимутами, полученными прокладкой
по карте или путем вычислений, определяют ошибки отдельных измере-
ний и затем находят среднеквадратическую эксплуатационную ошибку.
Инструментальные ошибки пеленгатора обусловлены несовершен-
ством его изготовления и регулировки. К ним в первую очередь относят-
ся ошибки, вызванные неточностью изготовления его антенно-фидер-
ной системы, разницей в характеристиках его АЭ и фидерных трак-
тов. Экспериментально инструментальная точность обычно измеряется
в условиях больших отношений сигнал-шум при напряженностях поля,
намного превышающих чувствительность пеленгатора.
К сожалению, измерить инструментальную точность можно не для
всех систем пеленгаторов. Так, практически невозможно измерение ин-
струментальной погрешности для пеленгаторов с громоздкой антенной
системой с радиусом в десятки метров. В этом случае приходится огра-
ничиваться анализом отдельных источников инструментальной погреш-
ности.
Наиболее просто инструментальная погрешность оценивается у пе-
ленгаторов, которые можно разместить на поворотном стенде. Настро-
ившись на источник сигнала, например тестовый генератор, определя-
ют его пеленг. Далее перестраивают тестовый генератор на следующую
частоту и снова определяют пеленг. Такие измерения проводят для все-
го диапазона рабочих частот. Затем поворачивают антенную систему на
угол 10... 15° и процесс измерений повторяют. Цикл измерений прово-
дят для всего диапазона рабочих углов пеленгатора. Для того чтобы
учесть влияние местных предметов, меняют расположение тестового
генератора и снова проводят цикл измерений.
В отдельных случаях определить, является ли ошибка инструмен-
тальной или вызвана местными предметами, можно на основе измене-
ния расстояния до тестового генератора при постоянном азимуте его
Пеленгование источников радиоизлучения
303
расположения. Инструментальная ошибка не будет зависеть от рассто-
яния в отличие от ошибки, вызванной местными предметами.
Таким образом, измерения инструментальной точности весьма тру-
доемкий процесс. Значительно сократить его трудоемкость можно,
если имеется программируемый тестовый генератор и комплект про-
грамм, обеспечивающий автоматическую синхронную перестройку те-
стового генератора и пеленгатора. Например, при использовании те-
стовых генератора АРК-ТГ1, показанного на рис. 7.67, или генератора
АРК-ТГЗ время проведения измерений сокращается в десятки раз.
Особую сложность представляют испытания пеленгаторов с учетом
угла места источника и поляризационных ошибок. Для создания таких
условий тестовый генератор должен помещаться на значительной вы-
соте (например, на мачте или воздушном шаре) и иметь излучающую
антенну с возможностью поворота на нужный угол поляризации.
Инструментальные ошибки пеленгования входят составной частью
в эксплуатационные ошибки. Но определение только инструменталь-
ных ошибок не может полностью охарактеризовать эксплуатационную
точность пеленгатора. С другой стороны, определение только эксплуа-
тационной точности также не является достаточным, поскольку остается
неизвестным, какая часть погрешностей может быть уменьшена улучше-
нием конструкции пеленгатора, а какая часть — его перемещением. По-
этому желательно как можно более полное исследование пеленгатора
с целью выяснения его инструментальных и эксплуатационных ошибок.
Чувствительность радиопеленгатора определяет его способ-
ность пеленговать далекие или маломощные радиостанции. Обычно под
чувствительностью понимают такое значение напряженности электро-
магнитного поля, при котором пеленгование осуществляется при задан-
ных характеристиках пеленгования, например при заданной СКО. Чув-
ствительность радиопеленгатора определяется чувствительностью его
приемных трактов, конструкцией антенной системы и алгоритмом вы-
числения пеленга.
При уменьшении напряженности поля пеленгуемого сигнала за счет
действия внутренних шумов пеленгатора и внешних помех СКО пелен-
гования растет. То есть точность и чувствительность пеленгования яв-
ляются взаимосвязанными параметрами, и поэтому указание значения
чувствительности пеленгатора, выраженное в единицах напряженности
поля или плотности потока мощности, должно сопровождаться приве-
дением соответствующего ему значения СКО пеленгования. Иногда
фирмы-изготовшели аппаратуры указывают чувствительность пеленга-
торов при удвоенной СКО пеленгования.
Кроме того, СКО пеленгования и соответственно чувствительность
пеленгования зависят от времени пеленгования (числа измерений). Ряд
производителей приводит данные о чувствительности пеленгационного
оборудования при усреднении пеленгов за 1 с.
304
Глава 7
Для определения чувствительности пеленгатора необходим изме-
рительный приемник с комплектом калиброванных измерительных ан-
тенн и тестовый генератор с управляемым аттенюатором. Методика
измерений чувствительности может быть, например, такой.
Тестовый генератор размещают на расстоянии, соответствующем
дальней зоне излучения. При этом проверяется, что при отключенной
антенне паразитные излучения генератора и фидера не обнаруживают-
ся пеленгатором. Пеленгатор и приемник с измерительными антеннами
устанавливают так, чтобы от них до тестового генератора было одина-
ковое расстояние. Поскольку измерение напряженности поля слабо-
го сигнала неизбежно сопровождается большими погрешностями, вы-
званными внешними помехами и внутренними шумами измерительного
приемника, то чувствительность пеленгатора измеряют в два этапа. На
первом этапе устанавливают небольшое ослабление аттенюатора те-
стового генератора равное дБ, при этом уровень принимаемого сиг-
нала должен быть достаточно большим, например на 20...30 дБ выше
уровня шумовых составляющих в полосе измерений. Оценивают уро-
вень напряженности электромагнитного поля сигнала Elt например в
дБмкВ/m, с помощью измерительного приемника. Далее аттенюато-
ром тестового генератора начинают постепенно уменьшать уровень из-
лучаемого сигнала. При этом вычисляют СКО пеленгования, которая
увеличивается с уменьшением уровня излучаемого сигнала. Ослабле-
ние аттенюатора дБ определяют в момент, когда СКО пеленгования
начнет принимать предельно допустимое значение. Далее определяют
чувствительность пеленгатора, дБмкв/м,
Е = Еу - |?/2 - т |.
(7.2)
На рис. 7.5 представлены зависимости чувствительности пеленга-
тора «Артикул-П» от частоты и от числа пеленгов. Чувствительность пе-
ленгатора измерена при удвоенной СКО пеленгования. Как, видим, чув-
ствительность радиопеленгатора зависит от частоты. В данном случае
эта зависимость обусловлена активными АЭ пеленгатора. С увеличени-
Рис. 7.5. Зависимость чувствитель-
ности радиопеленгатора «Артикул-П»
от частоты и числа пеленгов
ем числа усредняемых пеленгов
чувствительность улучшается. Так,
например, на частоте 1000 МГц при
усреднении по трем пеленгам име-
ем чувствительность около 6 мкВ/м
(кривая 1), при усреднении по 30
пеленгам — около 2,5 мкВ/м (кри-
вая 7), при усреднении по 100 пе-
ленгам — менее 2 мкВ/м (кривая 3).
Тактико-технические характе-
ристики и особенности конструк-
ции пеленгатора «Артикул-П» буду!
рассмотрены в разд. 7.17.
Пеленгование источников радиоизлучения
305
Чувствительность пеленгаторов зависит и от ширины полосы про-
пускания радиоприемных трактов Если шумы в канале приема имеют
равномерный спектр, то чувствительность пеленгатора будет обратно
пропорциональна корню квадратному из полосы пропускания [52]. Од-
нако значительное сужение полосы пропускания ведет к невозможности
пеленгования импульсных сигналов небольшой длительности, которые
имеют широкополосный спектр.
Помехоустойчивость — это характеристика пеленгатора, показы-
вающая возможность его работы в условиях воздействия помех. По-
мехоустойчивость пеленгатора определяется помехоустойчивостью его
приемных трактов и антенных систем, пространственной селективно-
стью, зависящей от конструкции антенн, типом устройства отображе-
ния, методом обработки и степенью адаптации к помеховой обстановке.
Помехоустойчивость приемного тракча пеленгатора, как и у любых
радиоприемных устройств, характеризуется динамическим диапазоном,
интермодуляционной избирательностью (точками пресечения 2-го и 3-
го порядков), избирательностью по побочным каналам приема. Эти
характеристики рассмотрены подробно в гп. 2
Если в пеленгаторе используются активные антенные системы, то
они могут ухудшать интермодуляционную избирательность радиопелен-
гатора и его способность работать при воздействии мощных сигналов.
[важными факторами, определяющими помехоустойчивость радио-
пеленгатора, являются также его невосприимчивость к искажениям по-
ля, вызванным многолучевым распространением радиоволн, стойкость
к поляризационным ошибкам, стабильность работы в случае наличия
некогерентных помех в пеленгуемом частотном канале.
Быстродействие радиопеленгатора определяется минимальным
временем, в течение которого происходит процесс настройки пелен-
гатора на заданную частоту и взятие пеленга.
В последнее время получили распространение системы радиосвя-
зи с ППРЧ, у которых скорость перестройки по частоте составляет от
нескольких десятков до нескольких сотен скачков в секунду. Поэтому
быстродействие пеленгаторов становится решающим показателем для
их использования, особенно в военной области
Максимальная скорость взятия пеленга достигается в моноим-
пульсных пеленгаторах (monopulse direction finders), где пеленг измеря-
ется за время длительности одного сигнального импульса. При этом для
однозначного определения пеленга в диапазоне углов 360° требуются
как минимум три антенны. В случае трех параллельных радиотрактов
быстродействие такой системы будет определяться главным образом
временем настройки радиоприемных устройств на требуемую частоту.
В общем случае для увеличения быстродействия радиопеленгато-
ров приходится использовать радиоприемные тракты с малым време-
нем установления в синтезаторах частот, сокращать время взятия сиг-
306
Глава 7
нала с АЭ пеленгатора, уменьшать их число, сокращать объем вычис-
лений за счет ухудшения разрешающей способности.
Разрешающая способность — это характеристика радиопеленга-
тора, определяющая возможность раздельного пеленгования источни-
ков радиоизлучения с близкими параметрами. Различают разрешаю-
щую способность по частоте и разрешающую способность по углу.
Разрешающая способность по частоте у пеленгаторов может быть
разной в разных рабочих диапазонах. Например, в гектометровом диа-
пазоне волн используются радиопередатчики с узкополосными видами
модуляции, и здесь от пеленгатора требуется более высокая разрешаю-
щая способность, чем в дециметровом диапазоне волн. Разрешающая
способность по частоте современных радиопеленгаторов в основном
определяется фазовыми шумами синтезаторов частот радиоприемных
трактов и сложностью цифровой обработки сигналов.
Задача разрешения по углу также важна для современных радио-
пеленгаторов, поскольку в одном радиочастотном канале могут рабо-
тать несколько источников радиоизлучения, например входящих в ра-
диосеть, или несколько базовых станций сотовой радиосвязи.
Диапазон рабочих частот радиопеленгатора задает частотную об-
ласть, в которой осуществляется радиопеленгование с заданными ха-
рактеристиками точности и чувствительности. В настоящее время ис-
точники радиоизлучения используют диапазон радиочастот от единиц
килогерц до десятков гигагерц. Поэтому чем больше диапазон рабочих
частот радиопеленгатора, тем он предпочтительнее для использования
в задачах радиомониторинга.
Вид пеленгуемого сигнала. Этот параметр определяет виды ра-
диосигналов, для источников которых пеленгатор способен вычислять
пеленг. Вид пеленгуемого сигнала напрямую связан с полосой про-
пускания радиоприемного тракта пеленгатора и его быстродействием.
Чем шире полоса пропускания, тем более широкополосные и кратко-
временные сигналы можно запеленговать. Кроме того, способность
пеленговать кратковременные периодические сигналы будет зависеть
от математической обработки, которую реализует блок цифровой об-
работки пеленгатора.
Время развертывания радиопеленгатора — существенный пара-
метр для мобильных пеленгаторов, показывающий, сколь быстро пелен-
гатор может быть переведен из походного состояния в рабочий режим.
Масса и габаритные размеры радиопеленгатора — важные пара-
метры, особенно для применения в мобильных системах. Чем меньше
масса и габаритные размеры радиопеленгатора, тем проще его исполь-
зовать на наземных, воздушных и морских носителях.
Сложность в производстве и эксплуатации — параметры, опре-
деляющие возможность массового производства пеленгатора, удобство
эксплуатации, а также его стоимость.
Пеленгование источников радиоизлучения
307
Стоимость — важнейший параметр радиопеленгатора, определя-
ющий возможность его приобретения и использования. Чем выше ка-
чество радиопеленгатора, тем, как правило, выше его стоимость.
7.4. Классификация методов
пеленгования
При классификации методов пеленгования используют различные
подходы. Если исходить из того, какой параметр сигнала на выходе при-
емной антенной системы играет основную роль при измерении, то мож-
но выделить амплитудные, фазовые и амплитудно-фазовые методы из-
мерения пеленга [189]. Если в качестве критерия использовать способ
получения информации о направлении на источник радиоизлучения, то
радиопеленгаторы делятся на одноканальные (последовательного типа)
и многоканальные (моноимпульсные) [33]. Если принять во внимание
два известных свойства электромагнитного поля в дальней зоне: орто-
гональность векторов магнитной и электрической составляющих к на-
правлению распространения и ортогональность плоскости фронта фаз
к направлению распространения, то известные пеленгаторы по методу
радиопеленгации могут быть отнесены к двум большим группам [231].
К первой группе относятся поляризационно-чувствительные пеленгато-
ры, основанные на определении направления электрического и (или)
магнитного векторов напряженности поля. Ко второй группе относятся
фазо-чувствительные пеленгаторы, основанные на определении ориен-
тации поверхности равных фаз электромагнитного поля (ЭМП)
В поляризационных пеленгаторах используют диполи или рамочные
антенны. К этой группе относится классическая вращающаяся рамочная
антенна (минимум приема сигнала соответствует нормальному падению
волны на плоскость рамки). В наши дни поляризационные пеленгаторы
используются в условиях ограниченного пространства, когда возможно
применение только малогабаритных антенн, например, в автомобилях и
на кораблях для пеленгации в ВЧ диапазоне. Направление оценивается
в основном по принципу Ватсона-Ватта.
Фазовые пеленгаторы получают информацию о направлении при-
хода радиоволны из пространственного расположения линий или по-
верхностей с одинаковой фазой. Существуют два основных метода.
Первый метод связан с направленными свойствами антенн. Диа-
грамма направленности антенн формируется при суперпозиции эле-
ментарных сигналов, принимаемых ими. Так, например, если сигна-
лы источника, принятые в двух разнесенных точках антенной системы
(скажем, датчиками поля), суммируются, то максимум результирующе-
го напряжения означает, что антенная система развернута под таким
углом к источнику, при котором разность фаз принятых сигналов ми-
нимальна. Поворот системы в ту или иную сторону приведет к умень-
шению суммарного сигнала. Напротив, когда один элементарный сиг-
308
Глава 7
нал вычитается из другого, в направлении падения волны наблюдается
отчетливый минимум ДН.
Второй метод опирается на измерения поля в различных точках
в пределах геометрических размеров пеленгаторной антенны (aperture
sampling). Измерения могут проводиться как последовательно при пе-
ремещении антенного датчика поля, так и одновременно совокупностью
датчиков. По процедуре определения пеленга дополнительно различа-
ют способы с непосредственным вычислением пеленга и с цифровой
обработкой сигналов АР (sensor array processing). Типичными приме-
рами реализации первой технологии являются интерферометры и до-
плеровские пеленгаторы. Другая группа оценки параметров падающей
волны включает два разных по существу подхода: метод формирова-
ния луча (Beamforming method), на основе которого, в частности, функ-
ционируют корреляционные пеленгаторы, и подпространственный ме-
тод (Subspace method), применяемый в алгоритмах высокого разре-
шения MUSIC, ESPRIT.
В настоящее время в системах радиомониторинга наибольшее рас-
пространение имеют следующие виды пеленгаторов [188]:
• системы на основе вращающейся направленной антенны;
• двухканальные автоматические пеленгаторы (Ватсона-Ватта,
Эдкока);
• квазидоплеровские системы;
• фазовые интерферометры;
• корреляционные интерферометрические измерители (КИИ).
Так как в настоящее время наиболее востребованными являются
широкодиапазонные системы (с коэффициентом перекрытия по диапа-
зону 100 и даже более), то для реализации подобных систем наиболее
применимы интерферометрические или фазовые радиопеленгаторы.
Второму критерию (по виду модуляции и ширине полосы пелен-
гуемого сигнала) удовлетворяют несколько типов пеленгационных уст-
ройств — амплитудные пеленгаторы, пеленгаторы Ватсона-Ватта и Эд-
кока и многоканальные интерферометры.
Возможностью азимутального разделения нескольких сигналов в
различной степени обладают разные виды амплитудных пеленгаторов
на основе направленных антенн, а также КИИ.
Недостатки интерферометров относительно высокая стоимость;
сравнительно большое время реакции (особенно у двухканальных кор-
реляционных интерферометров).
Каждый из используемых методов пеленгования имеет свои досто-
инства и недостатки, но для многофункциональных систем мониторинга
предпочтительнее использовать КИИ. Они делают возможным пеленго-
вание практически любых видов радиосигналов, в том числе широкопо-
лосных со сложными видами модуляции, имеют возможность одновре-
менной обработки и различения нескольких сигналов в одном частотном
канале, причем как когерентных (при многолучевом приеме излучения
Пеленгование источников радиоизлучения
309
единственного источника), так и некогерентных (при приеме радиосиг-
налов от нескольких источников с перекрывающимися спектрами). Для
КИИ разработаны эффективные методы уменьшения инструментальных
погрешностей, вызванных местными условиями и взаимным влиянием
АЭ [164, 165]. Кроме того, упрощается реализация на основе унифи-
цированных блоков: однотипных ненаправленных АЭ, двухканальных ра-
диоприемных устройств с общим гетеродином, антенных коммутаторов,
блоков аналого-цифровой обработки. Пространственное разрешение и
измерение направление прихода радиоволн в корреляционных интер-
ферометрах может эффективно совмещаться с измерением напряжен-
ности поля каждого из обнаруженных источников.
7.5. Системы на основе вращающейся
направленной антенны
Системы на основе вращающейся направленной антенны исполь-
зуют амплитудные методы. Различают системы с пеленгованием по
максимуму, минимуму и равносигнальные.
При пеленговании по методу максимума индикатором пеленга слу-
жит максимум ДН вращающейся антенной системы. Результирующее
напряжение U на выходе антенны определяется ее ДН F(0, /?), где в —
азимут, /3 — угол места, и зависит от напряженности поля Е в точке при-
ема:
U = haEF(0, (3), (7.3)
где ha — действующая высота антенны.
Угловая координата ИРИ отсчитывается в тот момент, когда ам-
плитуда сигнала на выходе радиоприемника достигнет максимума. При
этом нормаль к фазовому фронту приходящей волны оказывается пер-
пендикулярной плоскости раскрыва антенны, а направление максимума
ДН совпадает с направлением на источник радиоизлучения (рис. 7.6).
Рис. 7.6. Пеленгование по методу максимума
310
Глава 7
Достоинства метода максимума: относительно малое влияние шу-
мов на точность пеленгования, так как в направлении максимума ДН
принимается максимально возможная энергия пеленгуемого сигнала;
возможность разрешения нескольких источников излучения с разными
азимутами в одном частотном канале; недорогая реализация, поскольку
требуется только одноканальный приемник. Недостатком метода явля-
ется невысокая точность пеленгаторов из-за малой кривизны ДН вблизи
максимума. Точность определения угла невысока и имеет порядок од-
ной пятой ширины 0О ДН антенны [104]:
О,20о • (7.4)
Для определения пеленга антенну вращают, наблюдая выходное на-
пряжение Можно либо поворачивать антенну до получения максимума
выходного напряжения, либо вращать ее непрерывно.
В радиопеленгаторах, использующих второй способ, напряжение
оказывается промодулированным с частотой вращения антенны. Ес-
ли Q — угловая частота вращения антенны, то напряжение на выходе
антенны будет модулированным по закону
U = (7rnixF(Qt - 6). (7.5)
Фаза в будет соответствовать пеленгу. Таким образом, радиопелен-
гатор с непрерывным вращением антенны будет автоматическим, т.е.
определяющим пеленг без дополнительных операций наблюдателя При
этом будет реализовываться фазометрический метод пеленгования.
При пеленговании по минимуму в качестве индикатора пеленга вы-
ступает минимум ДН, причем он должен быть единственным (рис. 7.7).
Такую диаграмму можно, например, получить при использовании пары
антенн с узкой ДН. Ввиду того, что минимум результирующей ДН до-
вольно острый, удается повысить точность пеленгования по сравнению
с методом максимума до одной десятой ширины ДН [104]:
(7.6)
Д0^О,10о.
Рис. 7.7. Пеленгование по методу минимума
Пеленгование источников радиоизлучения
311
Рис. 7.8. Пеленгование по равносигнальному методу
Недостаток систем, использующих метод минимума, — снижение
точности пеленгования при низких отношениях сигнал-шум за счет до-
полнительного уменьшения сигнала минимумом ДН: в момент опреде-
ления направления на объект уровень выходного напряжения такой же,
как и при отсутствии сигнала. Это может привести к ошибочному опре-
делению направления на объект.
Равносигнальный метод — это компромисс между двумя вышеука-
занными методами. Он реализуется с помощью двух направленных
антенн, развернутых в азимутальной плоскости (рис. 7.8). Истинным
направлением на источник излучения считается то, которое лежит меж-
ду двумя максимумами ДН двух антенн, при этом уровни сигналов на
вы>оде обеих антенн равны.
Если ДН пары антенн F(0) одинаковы, а их максимумы разверну-
ты на угол, то их можно описать функциями F(0 + с) и F(0 — е). На-
правление 0, соответствующее пересечению ДН, называется равносиг-
нальным. Сигналы с выходов антенн отфильтровываются, усиливают-
ся, детектируются, а затем сравниваются (вычитаются друг из друга).
В результате зависимость амплитуды результирующего напряжения от
углового направления на объект принимает вид
и = UdO) - U2(0) = k[F(0 + E) - F(0 - €)]. (7.7)
Эта зависимость выходного сигнала пеленгатора от угла прихода ра-
диоволны является пеленгационной характеристикой и при симметрич-
ности ДН антенн будет нечетной функцией.
В отличие от метода минимума в равносигнальном методе в на-
личии сигнала можно убедиться, анализируя сигнал с выхода одной из
антенн. При небольшом отклонении равносигнального направления от
направления на источник радиосигнала полярность этого напряжения
будет показывать знак отклонения, а уровень напряжения — значения
отклонения. Это является следствием нечетности пеленгационной ха-
рактеристики и линейности ее центральной части.
312
Глава 7
Рис. 7.9. Индикатор
СВЧ-излучений АРК-ДВП
Достоинствами метода являются более
высокая инструментальная точность и более
высокая чувствительность, чем у пеленгато-
ров по методу минимума. Равносигнальный
метод обеспечивает точность пеленгования
[Ю4]
А^^0,05О0. (7.8)
Равносигнальный метод пеленгования
реализован в автоматическом радиокомпа-
се, рассмотренном в разд. 7.8.
Общие недостатки пеленгаторов с вра-
щающимися антеннами: узкий рабочий ча-
стотный диапазон (коэффициент перекры-
тия, как правило, не более 10), длительное время реакции (опреде-
ляется временем поворота антенны), сложный механический привод
антенной системы, низкая скорость обзора; метод неэффективен для
кратковременных сигналов, длительности которых малы по сравнению
с периодом вращения антенны.
Несмотря на эти недостатки, амплитудный метод, использующий
вращающиеся направленные антенны, до сих пор применяется, так как
использование других методов зачастую требует ббльших затрат, ведет
к увеличению массы и габаритных размеров радиопеленгатора Осо-
бенно это касается СВЧ диапазона: здесь данный метод является хо-
рошим компромиссом между показателями качества работы пеленга-
тора и его стоимостью
В разд. 7.6 и 7.7 рассмотрены примеры ручных пеленгаторов, а в
разд. 2.9 было приведено описание СВЧ преобразователя радиосигна-
лов АРК-КНВ4. Этот прибор имеет встроенную направленную антенну
от 3 до 18 ГГц и может использоваться для пеленгования. На рис. П8
цветной вклейки показан установленный на поворотную мачту преоб-
разователь ‘АРК-КНВ4.
Индикатор СВЧ-излучений АРК-ДВП (рис. 7.9) также имеет встроен-
ные направленные фазированные АР и в диапазоне частот от 6 до 12 ГГц
может использоваться для ручного пеленгования источников радиоизлу-
чения.
7.6. Ручной радиопеленгатор АРК-РПЗ
Амплитудный метод пеленгования используется в ручных пеленга-
торах — носимых радиоприемных устройствах, снабженных направлен-
ной антенной. В простейшем случае реализуется метод максимума или
минимума. Направленная антенна крепится на специальной рукоятке.
Оператор пеленгатора, держа рукоятку в руке и поворачивая антенну,
определяет направление прихода радиосигнала. Несмотря на то что ме-
тод максимума имеет меньшую точность пеленгования, тем не менее в
Пеленгование источников радиоизлучения
313
сложных условиях работы в условиях города, в труднодоступных местах
(например, на крыше), как правило, используется именно этот метод,
поскольку он позволяет одновременно с пеленгованием осуществлять
слуховой контроль радиостанции.
В качестве примера рассмотрим конструкцию и возможности руч-
ного радиопеленгатора АРК-РПЗ. Пеленгатор состоит из блока прие-
ма и обработки (БГЮ), панорамной приставки АРК-ПП, совмещенной
с пультом управления, рукоятки для открытого пеленгования, набора
сменных направленных антенн. На рис. П9 показаны основные состав-
ные части радиопеленгатора.
В составе пеленгатора имеется запасной аккумулятор, зарядное
устройство, блок питания от сети переменного тока и автомобильной
бортовой сети АРК-БП-НКЗ, наплечная сумка и рюкзак для переноски,
головные телефоны, блок питания и заряда аккумуляторов.
Для использования панорамного приемника «Аргамак» совместно с
ПЭВМ на стационарном или временном посту в состав комплекта вхо-
дят программные пакеты для автоматизированного радиомониторин-
га СМО-ПА, технического анализа СМО-СТА и отложенной обработки
СМО-АСПД.
БПО пеленгатора (см. рис. П9) имеет вид малогабаритного кейса,
в котором установлено панорамное радиоприемное устройство «Арга-
мак», состоящее из управляемого преобразователя радиосигналов АРК-
ПС5 и модуля аналого-цифровой обработки АРК-ЦО2. Внутри кейса
имеется гнездо с внутренними аккумуляторами. Время непрерывной
работы радиопеленгатора от внутренних аккумуляторов составляет 6.. 8
часов.
Панорамная приставка АРК-ПП предназначена для быстрого пано
рамного спектрального анализа источников радиоизлучения (ИРИ) и уп-
равления режимами работы радиопеленгатора. Она имеет встроенный
жидкокристаллический (ЖК) дисплей и кнопочную клавиатуру. Дисплей
предназначен для отображения спектральных диаграмм радиосигналов
в полосе 2 или 0,5 МГц, уровня сигнала на частоте настройки, пара
метров настроек пеленгатора. С помощью кнопочной клавиатуры за-
даются режимы работы радиопеленгатора, выбирается тип демодуля-
тора радиосигналов [74].
На рукоятках для открытого пеленгования, показанных на рис. 7.10
и 7.11, разъем для подключения направленных антенн обеспечивает
разворот антенны вокруг продольной оси на угол 90° для выбора по-
ляризации радиосигнала. Цифровой индикатор отображает частоту на-
стройки радиопеленгатора и уровень принимаемого сигнала. На руко-
ятке имеется пленочная клавиатура, с помощью которой можно зада-
вать частоту настройки, в верхней части рукоятки находится магнитный
компас.
В состав радиопеленгатора входит антенные системы для откры-
того и скрытного пеленгования. В состав АС для открытого пелен-
314
Глава 7
Рис. 7.10. Внешний вид ру-
коятки для крепления напра-
вленных антенн
Рис. 7.11. Рукоятка с направленной антенной
АРК-АЗ-1
Таблица 7.1
Направленные антенны, входящие в состав пеленгатора
Антенный модуль Рабочий диапазон частот, МГц
Для открытого пеленгования
АРК-АЗ-КВ 0,3...36
АРК-АЗ-0 25...200
АРК-АЗ-1 90...450
АРК-АЗ-2 370... 1000
АРК-АЗ-З 1000...3000
Для скрытного пеленгования
АРК АЗ-КВС 0,3...30
АРК АЗ-ОС 20...200
АРК АЗ-1С 100.. 400
АРК АЗ-2С 300... 1500
АРК АЗ-ЗС 1500... 3000
гования входят пять малогабаритных направленных антенн, перекры-
вающих диапазон частот от 300 кГц до 3 ГГц, и рукоятка для креп-
ления направленных антенн. В состав АС для скрытного пеленгова-
ния входят модуль управления и несколько направленных антенн для
скрытного пеленгования.
Перечень антенн приведен в табл. 7.1, на рис. 7.12 и 7.13 приведен
внешний вид антенн для открытого пеленгования.
Радиопеленгатор АРК РПЗ может использоваться в открытом и
скрытном режимах пеленгования, а также в режиме автоматизирован-
ного радиомониторинга под управлением внешней управляющей ПЭВМ.
В открытом режиме пеленгования к БПО подключается рукоятка с
одной из направленных антенн и панорамная приставка. Рукоятку с под-
Пеленгование источников радиоизлучения
315
Рис. 7.12. Антенный модуль АРК-АЗ-0
Рис. 7.13. Антенный модуль АРК-АЗ-1
ключенным антенным модулем оператор берет в руку, настраивается на
частоту пеленгуемого сигнала, используя клавиатуру на рукоятке. Да-
лее он поворачивается вокруг своей оси, наблюдая за индицируемым
уровнем сигнала По максимальному уровню он определяет направ-
ление прихода радиоволны. При этом в одном из микротелефонов,
надетых на голову оператора, слышен демодулированный принимае-
мый сигнал, а в другом — тональный сигнал, частота которого изме-
няется от 100 Гц до 10 кГц пропорционально уровню входного сигна-
ла. Тональный сигнал облегчает определение направления, на котором
наблюдается максимальный уровень принимаемого сигнала. Антенна
имеет ДН, напоминающую кардиоиду, разность между максимальным
и минимальным уровнями сигнала с разных направлений может дости-
гать 20...30 дБ. В качестве примера на рис. 7.14 приведена ДН антенны
АРК-АЗ-1 для частот 280, 330, 380, 430 МГц. Для пеленгования слабых
сигналов используется режим растянутой шкалы уровня сигнала. Рас-
тянутая шкала соответствует диапазону уровней от —15 до +10 дБмкВ,
основная шкала ог —20 до +80 дБмкВ.
Рис. 7.14. Диаграммы направленности антенны АРК-АЗ-1 для частот 280, 330,
380, 430 МГц
316
Глава 7
Скрытный режим применяется, когда привлечение внимания к ра-
боте оператора нежелательно.
Панорамная приставка АРК-ПП позволяет работать в трех основных
режимах: «Панорама», «Поиск», «Обзор».
Режим «Панорама» предназначен для спектрального анализа в ок-
рестности выбранной частоты, а также для прослушивания демодули -
рованного сигнала на выбранной частоте.
Режим «Поиск» используется для обнаружения активных каналов
в выбранном диапазоне частот. Центральные частоты обнаруженных
каналов автоматически заносятся в таблицу.
В режиме «Обзор» осуществляется поиск активных каналов по спис-
ку частот в сформированной заранее таблице, которая для сканирова-
ния формируется на основе работы в режиме «Поиск» или вручную.
Выбор режима работы и установка их параметров осуществляется
с помощью меню панорамной приставки АРК-ПП.
7.7. Ручной радиопеленгатор АРК-РП4
В настоящее время все более широкое распространение получа-
ют радиосистемы, работающие в диапазонах радиочастот выше 1 ГГц.
Особенностями подобных систем являются высокая скорость передачи
и, как правило, широкая полоса занимаемых частот — от единиц мега-
герц до нескольких десятков мегагерц. Другой особенностью устройств,
работающих в диапазоне частот свыше 1 МГц, является сравнительно
малая мощность передачи, как правило, находящаяся в пределах от
1 мВт до 1 Вт. Еще одной особенностью систем с подобного рода
устройствами является широкое использование узконаправленных ан-
тенн с шириной ДН до нескольких градусов.
Перечисленные особенности систем затрудняют определение их
местоположения при радиоконтроле, поскольку требуются радиопелен-
гаторы с высоким быстродействием, широкой полосой пропускания и
возможностью перемещения в пространстве, в том числе и в вертикаль-
ной плоскости. Последнее свойство радиопеленгатора очень важно,
поскольку стационарными средствами радиоконтроля, расположенны-
ми в фиксированных точках земной поверхности, обнаружить радиосиг-
налы, излучаемые с помощью высоконаправленных антенн, практически
невозможно. В условиях городской застройки использование мобиль-
ных наземных станций также не всегда дает положительный результат
ввиду того, что передача данных может осуществляться по узкому про-
странственному лучу между направленными антеннами, установленны-
ми на крышах высотных зданий.
Для обнаружения местоположения радиоустройств, работающих в
широкой полосе частот, использующих виды модуляции с временном
разделением и направленные антенны, предлагается носимый радио-
пеленгатор АРК-РП4. Внешний вид радиопеленгатора представлен на
рис. 7.15.
Пеленгование источников радиоизлучения
317
Рис. 7.15. Ручной пеленгатор АРК-РП4 с панорамной приставкой
Аппаратура обеспечивает автономную работу под управлением па-
норамной приставки, при этом обеспечивается ручное пеленгование,
панорамный анализ в полосе отображаемых частот от 8 или 128 МГц.
Основные технические характеристики радиопеленгатора АРК-РП4
Диапазон рабочих частот, МГц............................ 1.. 8000
Динамический диапазон, дБ...............................60
Коэффициент шума дБ.....................................14
Диапазон рабочих температур, °C.........................—20...+55
Масса базового комплекта, кг............................5
Напряжение питания:
от аккумулятора, В...................................12
от автомобильной бортовой сети, В.....................10,6... 13,6
от сети переменного тока, В........................... 90...250
Метод пеленгования......................................амплитудный
Чувствительность, мкВ/м.................................10...30
Полоса отображаемых частот, МГц.........................128,8
Режимы отображения спектра..............................мгновенный,
усредненный,
накопленный
Отображение частоты настройки приемника.................цифровая
Индикация полосы спектра сигнала........................цифровая
Отображение уровня сигнала..............................графическое и
цифровое
Панорамный анализ
полоса одновременного обзора, МГц......................8
скорость в полосе 128 МГц (дискретность 800 кГц), ГГц/с... .4
скорость в полосе 8 МГц (дискретность 50 кГц), м......8
В базовый состав пеленгатора входят:
• преобразователь радиосигнала на основе модуля АРК-ПС5 семей-
ства «Аргамак» (см. разд. 2.8);
• наручный пульт управления с панорамной приставкой АРК-ПП4;
• направленная антенна;
• аккумулятор, зарядное устройство и блок питания от СПТ и авто-
мобильной бортовой сети;
• комплект кабелей;
• наплечная сумка для размещения оборудования для работы в дви-
жении;
• рюкзак для размещения аппаратуры;
• эксплуатационная документация.
318
Глава 7
Дополнительно: программные пакеты автоматизированного радио-
мониторинга и отложенной обработки СМО-ПА, СМО-АСПД и ПЭВМ.
7.8. Автоматический радиокомпас
Для реализации равносигнального метода часто используется од-
на антенна, у которой ДН последовательно во времени может прини-
мать два положения. Такой метод, например, используется в автомати-
ческом радиокомпасе [189]. Структурная схема радиокомпаса пред-
ставлена на рис. 7.16.
Антенная система радиокомпаса состоит из вращающейся рамоч-
ной антенны и штыревой антенны, размещенной вдоль оси вращения
рамочной. Если пеленгуемая радиостанция создает в точке приема на-
пряженность поля
e(t) = Е cos(a?0Z), (7.9)
то ЭДС, наводимая в рамке,
ep(t) = Ер sin(0) sin(o;0t). (7.10)
Угол прихода радиоволны 0 отсчитывается от нормали к плоскости рам-
ки, как показано на рис. 7.17.
Применение только одной рамки приводит к неоднозначности опре-
деления стороны прихода радиоволны. Кроме того, используемый в
этом случае метод максимума или минимума имеет рассмотренные вы-
ше недостатки. Поэтому в автоматическом радиокомпасе сигнал рамки
после усиления и поворота на 90° суммируют с сигналом от ненаправ-
ленной штыревой антенны:
eo(f) = Еа cos(u>o£).
(7.11)
Рис. 7.16. Структурная схема автоматического радиокомпаса
Пеленгование источников радиоизлучения
319
Рис. 7.17. Диаграмма направленности рамочной антенны
Результирующий сигнал при условии, что Ер = Еа,
ec(t) = ep(t) + ea(t) = Еа( 1 + sin 0) cos(w0£).
(7.12)
Диаграмма направленности такой антенной системы в полярных ко-
ординатах представляет собой кардиоиду, определяемую выражением
(1 +sina). График кардиоиды представлен на рис. 7.18,л.
При изменении фазы сигнала с выхода рамочной антенны на 180°
направление максимума кардиоиды также изменится на 180°. В ав-
томатическом радиокомпасе с помощью балансного модулятора фаза
сигнала с выхода рамки периодически переключается на 180°. Кардио-
ида при этом будет перемещаться из правой полуплоскости в левую,
как показано на рис. 7.18,6, т.е. будут поочередно формироваться две
симметричные диаграммы.
За счет системы фазовой автоподстройки в данной системе бу-
дет только одно устойчивое равносигнальное направление, оно будет
направлено из точки О вертикально вверх. Двигатель, управляемый
сигналом с выхода фазового детектора, будет поворачивать рамочную
антенну до тех пор, пока равносигнальное направление не совпадет с
направлением на источник сигнала.
Рис. 7.18. Формирование равносигнального направления в автоматическом
радиокомпасе
320
Глава 7
Вращающуюся рамочную антенну можно заменить системой, со-
стоящей из двух неподвижных взаимно перпендикулярных рамок.
7.9. Автоматический радиопеленгатор
с малой антенной базой
Антенная система такого пеленгатора представляет собой две не-
подвижные взаимно перпендикулярные рамки. Кроме того, имеется
еще одна антенна с круговой ДН (рис. 7.19).
Сигналы от источника радиоизлучения, наводимые в рамках, опре-
деляются выражениями:
epi (t) = ЕР cos(6>) sin(o?0t); (7.13)
ер2(О = bpSin(0)sin(cjoO- (’7.14)
Сигналы с выхода каждой рамки поступают на идентичные по па-
раметрам приемные каналы, где они фильтруются, усиливаются и пре-
образуются на промежуточную часто ту о>пр:
щ (t) = UG cos(0) sin(wnpt); (7.15)
^2(0 = 74sin(0)sin(u>np£), (7.16)
где UQ — максимальное выходные напряжение на промежуточной часто-
те.
Далее, если в качестве индикаторного блока используется элект-
ронно-лучевая трубка (ЭЛТ), то сигнал поступает на вертикальные
отклоняющие пластины, а сигнал Tz2(t) — на горизонтальные пласти-
ны. Электронный луч прочерчивает на экране диаметральную линию,
отклоненную в зависимости от величины и знаков Ui(t) и u2(t) на угол,
Рис. 7.19. Антенная система в виде двух перпендикулярных рамок
Рис. П1. Центральный блок комплекса
Рис. П2. Центральный блок комплекса
приемник ручного пеленгатора
АРМ АРК ПК5КУ
АРК-РП1 (РПУ AOR-3000)
АРМ АРК-ПКЗКУ
Рис. П4. Шестиканальная система радиомониторинга АРК-КРС
Рис. П5. Четырехканальная система радиомониторинга
АРК-РД4 (четыре приемника IC-PCR1000)
Рис. П6. Печатная плата АРК-ПС5 со снятыми экранами
Рис. П7. Модуль АРК-ЦО5
Рис. П8. Выносной дистанционно упра-
вляемый конвертер АРК-КНВ4 на поворот-
ной мачте
Рис. П9. Основной состав
ручного радиопеленгатора
АРК-РПЗ: 1 —наручный пульт
управления АРК-ПП; 2 — рукоятка
для направленных антенн; 3 —
блок приема и обработки; 4 —
направленные антенны в сумке
Рис. П10. Складной радиопеленгатор «Артикул-! !»
Рис. П11. Антенная система
АС-МК4 на крыше десятиэтажного
здания
Рис. П12. Антенная система
АС-МК4 на мачтовом устройстве
s
-JdZJ
iL fH й£ t Hl <J й T 8 * <0 О \ Я* jk|dfuhfiai ачипмн.д||.4ит j 2 >0
C On • ОТ 23|37134?ИГц + •+ If (wFMLWl^j •X ||tq ,71 i ® pWl..!, -j Ajo i; 5 J
[T)103«B [J]WIKB 2J721W Щ71Й0
t* Ul О . ijj / Я* B* H* p JI 2$ J? S«ra2O(*-1.>0^i~*]|-jr, j]
Ддта-gcAnw [ F МГц | £ >fи | A,aS [ A | го I B.cty | Elttej
23072095)4 2512 375Ж 7113 22 22 0
22У ?»!.U25I2 377933 7101 22 ,</</’ 23
аО?ЛВ51«5:14| 378839 |12Д0Э I 3 | | 9» I 23 ~
23 07^0514 2^15 391ЭД9 К <33
2307 3005-.4 <315 383979 11 GJ?
2307200514 2*5 21 «4183 5802*
23
7
-Ю|Х|
Рис. П19. Многоканальное пеленгование cwi налов ППРЧ
Рис. П2О. Окно программы С МО-КН в режиме определения местоположения
стационарного ИРИ на частоте 253,2 МГц
Рис. П21. Результаты расчета
напряженности поля с учетом рельефа
(без застройки и растительности)
Рис. П22. Результаты расчета
напряженности поля сигнала с учетом
рельефа, застройки и растительности
е)
Рис. П23. Процедура локализации ИРИ по напряженности поля: а —
Г-образный маршрут: б — продолжение движения; в — кольцо почти за-
мкнулось: г— кольцо замкнулось; д — уточнение местоположения допол-
нительными измерениями; е — местоположение в укрупненном масштабе
Рис. П24. Изображение объски для первого к^дра
Рис. П25. Вид окна прощаммы СМО СГ К ГОР после выполнения
процедуры поиска
Пеленгование источников радиоизлучения
321
Рис. 7.20. Эпюры напряжений
6=250°
в каналах радиопеленгатора
определяемый соотношением
tg(<£>) = — = tg(0). (7.17)
и2
Этому соотношению соответствуют два угла <р - 0 и <р = 6 + тг, т.е.
имеется неоднозначность отсчета пеленга.
Для того чтобы устранить неоднозначность пеленга, применяется
дополнительная ненаправленная антенна, сигнал с которой фазируется
таким образом, чтобы он находился в фазе (или противофазе) с сигна-
лом первой рамки, когда источник радиоизлучения находится строго на
севере Сигнал с ненаправленной антенны после фильтрации, усиления
и преобразования на промежуточную частоту поступает на управляющий
электрод ЭЛТ и своим отрицательным лолупериодом гасит половину
развертки луча, соответствующего ложному направлению
На рис. 7.20 показаны выходные напряжения основных каналов
fcti(f) и w2(0. а также сигнал дополнительного третьего канала для уг-
лов прихода радиоволны 0 = 30° и 0 = 250°.
При угле прихода радиоволны 0 = 30° напряжение гасит изображе-
ние, соответствующее отрицательным волнам напряжений u^t) и u2(t).
Если угол составляет 0 - 250°, то гасится изображение, соответствую-
щее положительным волнам напряжений ur(t) и w2(t).
Таким образом, однозначный пеленг на индикаторе получается при
использовании запирающего сигнала, получаемого при помощи нена-
правленной антенны. Это было предложено в 1926 г. Ватсоном-Ваном.
Структурная схема радиопеленгатора, реализующего рассмотренный
принцип, представлена на рис. 7.21.
11—5729
322
Глава 7
Рис. 7.21. Автоматический радиопеленгатор с рамочными
антеннами
Рис. 7.22. Пеленгационная пара
В диапазоне гектометровых
волн пеленгатор с перекрещенными
рамочными антеннами, особенно в
ночное время, будет давать большие
ошибки, вызванные приемом на го-
ризонтальные части антенн отражен-
ных от ионосферы крутопадающих
радиоволн.
Если в качестве антенной систе-
мы использовать две пары идентич-
ных противофазно соединенных вер-
тикальных вибраторов с взаимно перпендикулярными базами, которые
мною меньше длины волны, то ДН такой системы будет идентична ан-
тенне с взаимно перпендикулярными рамками. Но антенная система
со штырями обеспечивает меньшие ошибки пеленгования при нали-
чии радиоволн, отраженных от ионосферы, по сравнению с рамочной
антенной.
Пусть в двух точках плоскости Аг и А2 на расстоянии 26 друг от дру-
га расположены одинаковые антенны (рис. 7.22). На антенны действу-
ет вертикально поляризованная волна, направление прихода которой в
горизонтальной плоскости задается углом в. Для простоты будем пола-
гать, что угол /3 прихода в вертикальной плоскости равен нулю. Тогда
напряжения на выходах антенн можно записать в виде
UAl (t) = Uo COS(w0/ - (fA)> (7.18)
UA2U) = U0cos(tj0t + <£л), (7.19)
где cj0 — круговая частота волны; <рА — фазовый сдвиг волны в точ-
ке А, по отношению к точке О или фазовый сдвиг в точке О по от-
ношению к точке А2.
Пеленгование источников радиоизлучения
323
Включим антенны противофазно, тогда результирующее напряже-
ние и на выходе
ир - UA2 — uai = ~2U0 sin <рА sin(cj0£).
(7.20)
Сдвиг фаз определяется расстоянием Д, как показано на
рис. 7.22. Это расстояние волна пройдет за время
т3 = Д/с,
(7.21)
|де с — скорость света. Используя равенство
cv’A
(7.22)
«де А — длина волны, получим
2тгД
Ас^о
(7.23)
Гогда
2тгД _ 2тгД
Ас^о
(7.24)
В свою очередь, путь
Д = 6 sin 0.
(7.25)
Подставив (7.25) в (7.24), получим
Используя формулу (7.26), выражение для результирующего напря-
жения на выходе антенной пары запишем в виде
При малой базе между антеннами b/А 1 справедливо прибли-
женное равенство
2?r6sin0A 2?r6sin0
(7.28)
Ч>Л ~
следовательно, (7.27) можно упростить:
г/р ~ Ц, sin 6* sin(cu01),
(7.29)
где (7р = 2(702тгЬ/А — результирующая амплитуда напряжения на выходе
антенной пары.
Таким образом, пеленгационная пара с малой базой, составленная
из включенных противофазно элементов, будет иметь ДН виде вось-
мерки, такую же, как у рамочной антенны.
324
Глава 7
Антенная система из двух пеленгационных пар с взаимно перпен-
дикулярными базами получила название антенны Эдкока. В первой по-
ловине прошлого века антенны Эдкока стали широко использоваться на
практике. Эти антенны относятся к антеннам с малой базой, поскольку
геометрическое расстояние между штыревыми антеннами много мень-
ше длины волны. Пеленгатор с антенной системой Эдкока по сравне-
нию с пеленгатором с обычными рамочными антеннами имеет мень-
шие ошибки пеленгования, вызванным радиоволнами, отраженными от
ионосферы.
Если у пеленгатора будут гри радиоприемных канала и три антен-
ных секции, то такой пеленгатор будет моноимпульсным, он обеспечи-
вает пеленгование сигналов с минимальной длительностью, имеет про-
стую техническую реализацию, малые вес и габаритные размеры.
К недостаткам пеленгатора относится то, что антенна с малой базой
приводит к ошибкам в случае многолучевого распространения радио-
волны.
В настоящее время используются антенные системы Эдкока, име-
ющие в своем составе более двух пеленгационных пар. Такие антенные
системы могут иметь увеличенную базу, что уменьшает ошибки пелен-
гования, вызванные многолучевым распространением радиоволн.
Современные пеленгаторы уже не отображают отношение напря-
жений, выдаваемых антенной, с помощью ЭЛТ, а проводят цифровую
обработку сигналов на промежуточной частоте. Избирательность по
соседнему каналу достигается путем цифровой обработки, пеленг вы-
числяется численно и отображается на ПЭВМ при помощи графического
интерфейса.
7.10. Доплеровский и
квазидоплеровский пеленгаторы
Доплеровский пеленгатор относится к фазовым пеленгаторам, ко-
торые извлекают информацию о направлении распространения элек-
тромагнитной волны (ЭМВ) из пространственного расположения линий
или поверхностей с одинаковой фазой. Его действие основано на эф-
фекте Доплера.
Сущность эффекта Доплера заключается в том, что относитель-
ное (взаимное) перемещение приемника и передатчика приводит к из-
менению частоты (а следовательно, и фазы) принимаемых колебаний.
Частота принимаемых колебаний становится отличной от частоты излу-
чаемых.
Обусловленное вращением антенны приращение частоты наводи-
мой в ней ЭДС отрицательна в промежутки времени, когда антенна
удаляется от передатчика, и положительна, когда антенна приближа-
ется, и равна нулю, когда антенна движется перпендикулярно направ-
лению распространения ЭМВ.
Пеленгование источников радиоизлучения
325
Пусть ненаправленная в горизонтальной плоскости приемная ан-
|гпна (например, вертикальный вибратор) вращается с угловой часто-
|ой Q по окружности радиуса R в поле, создаваемом удаленным пе-
редатчиком электромагнитных колебаний частоты щ0. По аналогии с
(/26) разность фаз между вращающейся антенной и точкой, соответ-
• I кующей центру вращения
=
2тгЛ _
—-— sin(Qt + 0).
(7.30)
Таким образом, фаза сигнала, наводимого в антенне, будет моду-
лирована по синусоидальному закону, а отклонение мгновенной часто-
н>| от номинального значения ш0
. dp а 2тг7?Я л
Дшд = —— = --------СО8(Ш + 0)
dt А
(7.31)
ьчкже будет изменяться с частотой, причем начальная фаза изменения
частоты будет определяться углом падения радиоволны 0.
На практике вместо вращающихся антенн применяют системы рас-
положенных по окружности неподвижных антенн, которые каким-либо
способом поочередно с частотой Q подключаются ко входу приемника.
1акой пеленгатор получил название квазидоплеровского пеленгатора.
В квазидоплеровском пеленгаторе коммутирование соседних ан-
к'нн осуществляется не мгновенно, а с переменными во времени ве-
совыми множителями, например меняющимися по линейному закону.
11усть в начальный момент времени первый АЭ полностью подключен, а
шорой — полностью отключен от выхода АР. С течением времени весо-
вой коэффициент включения первой антенны постепенно (в идеальном
случае — линейно) уменьшается до нуля к моменту полного включе-
ния второй антенны, что соответствует «плавному» повороту антенны
в доплеровском пеленгаторе.
Для выделения начальной фазы и, следовательно, определения
а зимута передатчика сигнал с выхода антенного коммутатора подается
па фазовый детектор, где сравнивается по фазе с опорным напряжени-
ем. В качестве опорного напряжения используется напряжение
uo(t) = UO cos(QZ),
(7.32)
фаза которого равна нулю в моменты подключения АЭ, соответству-
ющего нулевому азимуту.
Рассматриваемый пеленгатор может определять направление на
ИРИ любых видов (как модулированных, так и немодулированных).
В случае амплитудной модуляции изменяющейся величиной будет ам-
плитуда наводимой в антеннах ЭДС, что никак не повлияет на результат.
В случае угловой модуляции нижняя частота модулирующего колеба-
ния обычно больше угловой частоты вращения антенны Q (например,
для стандартного телефонного канала Кииж = 300 Гц, a Q выбирает-
ся около 100... 150 Гц), что позволяет при использовании усреднения
326
Глава 7
Рис. 7.23. Квазидоплеровский пеленгатор АРК-ПК-П
результатов за несколько периодов уменьшить влияние угловой моду-
ляции на оценку пеленга.
Для получения однозначных результатов пеленгования расстояние
между отдельными АЭ должно быть меньше половины длины волны при-
нимаемого излучения, на практике обычно выбирают расстояние около
1/3 минимально возможной длины волны.
Пеленгаторы на основе данного метода пригодны в основном для
работы по узкополосным источникам с непрерывными видами модуля-
ции, при этом их серьезным недостатком является необходимость точ-
ной настройки на несущую частоту сигнала, так как при работе на скатах
частотной характеристики изменения частоты при ЧМ преобразуются
в амплитудную модуляцию. Другим недостатком доплеровского мето-
да является большое время взятия пеленга, так как для определения
пеленга требуется как минимум один цикл сканирования антенн. При
типичной частоте вращения 150 Гц один цикл занимает примерно 7 мс.
На рис. 7.23 изображен автоматический квазидоплеровский радио-
пеленгатор, который выпускался ЗАО «ИРКОС» в течение нескольких
лет, а затем был снят с производства ввиду отмеченных недостатков.
7.11. Фазовый и корреляционный
интерферометры
Пеленгаторы, которые вычисляют пеленг на основе разностей фаз
сигналов на элементах антенной системы, называются интерферомет-
рами. Интерферометры принято разделять на два вида: фазовые и
корреляционные. Обычно в интерферометрах используется не менее
двух когерентных каналов приема, поэтому интерферометры относятся
к многоканальным пеленгаторам. В качестве АЭ обычно используют-
ся ненаправленные широкополосные АЭ. Два канала приема в сочета-
нии с фазовым детектором позволяют определить фазовую задержку
пеленгуемого радиосигнала, принятого двумя различными элементами
Пеленгование источников радиоизлучения
327
Антенный
элемент 1
Антенный
элемент 2
Антенный
элемент N
Антенный
буфер N
Калиб| ю-
вочный
генератор
Приемник 1
АЦП 1
Антенный
буфер 1
>. Антенный
буфер 2
ПЭВМ
► Приемник 2
►’АЦП 2
о
► Приемник N
АЦП N
N- канальный
приемник
Блок аналого-цифровой
обработки сигналов
Синтезатор
частот
Антенная решетка
Рис. 7.24. Фазовый интерферометр с N канальным приемником
АР. В особо ответственных случаях для уменьшения времени реакции
используются моноимпульсные пеленгаторы, в которых число каналов
приема равно числу используемых АЭ.
В фазовых интерферометрах пеленг рассчитывается непосредст-
венно на основе измеренных разностей фаз на элементах АР.
Основу работы корреляционного интерферометра составляет по-
следовательное сравнение набора данных об измеренных разностях
фаз ме>кду элементами АР с массивами данных, содержащих разности,
рассчитанные теоретически при различных углах прихода волны. Срав-
нение выполняется вычислением квадратичной ошибки или коэффици-
ента корреляции. В качестве результата берется азимут, для которого
коэффициент корреляции максимален.
Обобщенная структ/рная схема интерферометра с TV-канальным
цифровым приемником приведена на рис 7.24.
Напряженность электрической составляющей поля радиосигнала в
центре АР
e(f) = Ео cos[aV + 92(f) + <£0]. (7.33)
|де Ео — амплитуда; и — центральная частота радиосигнала; 99(f) —
фаза, зависящая от модуляции принимаемого радиосигнала; 990 — на-
чальная фаза радиосигнала в центре АР. Тогда напряженность поля,
создаваемая сигналом в фазовом центре n-го элемента
cn.(t) = Ео cos[uf + (f) + 92nO] = Eo cos[cj(t + t3) + <p(t + т3) + L (7.34)
i де r3 — время задержки, вызванное разностью хода фронта ЭМВ от
п-го элемента до центра АР.
328
Глава 7
Рис. 7.25. К определению ком-
плексной амплитуды напряженности
ЭМП на п-м элементе антенной
решетки
Будем полагать, что расстояния
между элементами АР и ее центром
соизмеримы с длиной несущей вол-
ны, а сигнал efc(t) узкополосный. То-
гда скорость изменения фазы <p(t} по
сравнению со скоростью изменения
функции cut будет пренебрежимо ма-
ла и выражение (7.34) можно упро-
стить:
en(t) - Ео cos[cji + сот., + </>(£) + y?0]
(7.35)
Используя равенство (7.23), по-
лучим
= Eq COS
2тгДп
+ + (fQ
(7-36)
Будем полагать, что пространство трехмерное. Для вычисления
разности хода Дп удобно использовать формулу скалярного произве-
дения двух векторов.
Пусть вектор г0 — единичный вектор, совпадающий с направлени-
ем на ИРИ, т.е, перпендикулярный плоскости фазового фронта волны,
как показано на рис. 7.25. Вектор Rn — радиус-вектор, задающий по-
ложение 77-то антенного элемента АР. Как известно [187], скалярное
произведение вектора г0 на вектор Rn можно рассматривать как про-
изведение модуля вектора |т0| на проекцию вектора Rn на направление
вектора /’о- Пусть оба вектора выходят из начала координат — центра
АР. Тогда проекция вектора Rn на единичный вектор т0 будет равняться
разности хода волны от n-го элемента АР до ее центра:
An — (7.37)
где г0 = [х0,у0, z0]T — единичный вектор, совпадающий с направлением
на ИРИ и заданный своими проекциями на координатные оси право-
сторонней декартовой системы координат; Rn = [хп,уп, zn]T — радиус-
вектор тг-го антенного элемента АР, задающий его положение. Тогда
en(t) = Е cos
wt + ~r^Rn + <p(t) + <p0
(7.38)
и комплексная амплитуда напряженности ЭМВ в точке расположения
фазового центра ?г-го элемента АР
Ёп = Eq exp j
2тГ --
— r0Rn + HO + Vo
(7.39)
Пеленгование источников радиоизлучения
329
Раскрывая скалярное произведение, будем иметь
Еп = Eq exp j — (хохп + уоуп + zozn) + </?(£) +
(7.40)
Перейдем от представления единичного вектора 7r0 = [rr0, t/0, гоГ
в декартовой системе координат к представлению в сферической си-
стеме координат, тогда
Еп = Ео exp j ( — (хп sin j3G cos 0O + yn sin sin 0O + cos /3oZn)+
+(/?(/ ) + <£q j ,
(7.41)
где Oq — азимутальное направление на ИРИ, отсчитываемое от оси х
против часовой стрелки; Д> — угол места, отсчитываемый от оси z по
часовой стрелке, как принято в сферической системе координат.
В практике пеленгования для обозначения азимута обычно исполь-
зуется угол 6, отсчитываемый от оси у по часовой стрелке, для обо-
значения угла места — угол (3, отсчитываемый от азимутальной плос-
кости. Углы 6 и (3 связаны с координатами сферической системы
и Д простыми соотношениями:
0=|-0о, /3=5-А. (7.42)
В целях упрощения математических выражений для обозначения
азимута и угла места ИРИ в дальнейших выкладках будем, как правило,
использовать координатные углы сферической системы 6q и Д.
Если все элементы АР расположены в плоскости хОу, то проекция
радиус-вектора АЭ на ось z будет равна нулю (zn = 0) и
Ёп = Eq exp
( 2тг
j ~г(хп cos eQ + уп sin 0q ) sin Д + </?(£) + <р0
(7.43)
Используя последнее выражение, определим фазовый сдвиг между
двумя элементами антенной системы пеленгатора
ДФпьп2 = агд(ЕП1) - агд(Е„2) =
2тг Л Л
= -у-[(жП1 - хп.2) cos 0Q - (уП1 - уП2) sin 0О] Sin Д. (7.44)
Л
Последнее выражение содержит две неизвестные величины: ази-
мут 0О и угол места Д. Для того чтобы их определить, необходимо
иметь два уравнения. Это подразумевает наличие двух разностей фаз
между элементами АР Следовательно, минимальное число элементов
АР для определения азимута и угла места должно равняться трем.
Пусть антенная решетка состоит из трех элементов, измерены фа-
зовые сдвиги ДФ1>2 между первым и вторым и ДФ113 между первым и
третьим элементами. Тогда азимут и угол места можно вычислить из
330
Глава 7
системы двух нелинейных уравнений:
2тт
y[(sni -icW2)cos0o-
- (УтЧ - ?/n2)sin0o]Sin^o = ДФЬ2;
2тг
— [(гП1 - x„2)cos0o-
Л
-(?/«! - Уп2} sin 0О] Sin в0 = ДФ1.3,
(7.45)
Рис. 7.26. Трех-
элементная антен-
ная система фазо-
вого интерферо-
метра
Если АЭ расположены на плоскости в верши-
нах равнобедренного прямоугольного треугольника
с длиной катетов В, как показано на рис. 7.26, то
система уравнений (7.45) упрощается:
2тг
-—Bsin0o sin /Зо = ДФ1;2;
Л
2тг
Bcos0o sin До = ДФц3.
(7.46)
Разделив первое уравнение на второе, получим
tg 0О =
ДФ1,2
дфГ?
(7.47)
возведя в квадрат левые и правые части уравнений (7.46) и сложив
преобразованные уравнения, будем иметь
/2тг V
( —В j (sin2 0О + cos2 0o)sin2 /30 = ДФ22 + A$i,3-
(7.48)
Из выражений (7.47) и (7.48) получим окончательные формулы для
вычисления азимута и угла места для трехэлементного фазового интер-
ферометра’
0О = arctg
Д = arcsin
(7.49)
(7-50)
При некоторых значениях азимута и отношения В/Л фазовый сдвиг
на элементах АР может превысить 360°, в результате возникает неод-
нозначность измерения пеленга. Так, для набегов фазы, равных, на-
пример, 20 и 380°, измеритель фазы покажет одно и то же значе-
ние. Поэтому для однозначности пеленгования необходимо, чтобы раз-
ность фаз не превышала ±180°. Следовательно, расстояние между
элементами АР не должно превышать половину длину волны пеленгу-
емого сигнала: В < Л/2.
Пеленгование источников радиоизлучения
331
Чем больше база антенной системы, тем точнее можно измерить
разность фаз на ее элементах, но увеличивать базу можно только до
шачения В < Л/2. Поэтому в широкополосных фазовых пеленгаторах
используют многобазовые антенные системы, в которых неоднознач-
ность устраняют при помощи дополнительных более грубых измерите-
лей с меньшими базами. Известен подход к построению пеленгатора,
получивший название «метод уточнений», когда с помощью измерите-
ля с малой базой определяется однозначный, но недостаточно точный
пеленг, далее этот пеленг последовательно уточняется измерителями
< большими базами. Другой подход к построению многобазовых фа-
ювых интерферометров основан на статистической оптимизации вы-
числения пеленга по всей выборке измеренных фазовых сдвигов. Та-
кая оптимизация обеспечивает и устранение неоднозначности. Тео-
ретической основой подобного метода служит принцип максимально-
го правдоподобия [73].
На практике трехэлементная антенная конфигурация часто усили-
вается добавочными АЭ, что дает возможность использовать антенну
в широком диапазоне частот. Наиболее часто используемая структу-
ра таких антенн представляет собой равнобедренный прямоугольный
1 реугольник или круговую решетку.
Использование треугольных матриц ограничивается диапазоном
частот до 30 МГц [231]. На более высоких частотах рекомендуется ис-
пользовать круговые решетки, так как они обеспечивают одинаковую
взаимосвязь между элементами антенны и минимальную связь антенны
с поддерживающей мачтой, а благодаря центральной симметрии обес-
печивают независимые от направления характеристики.
При использовании многоэлементного интерферометра появляют-
ся следующие возможности: использование «заполненных» (filled) ан-
тенных групп, разность фаз между соседними элементами которых все-
гда меньше 180°, и таким образом можно избежать неоднозначности;
использование «прореженных» (thinned out) антенных групп, по крайней
мере одна пара элементов которых может иметь разность фаз боль-
шую 180°.
7.12. Корреляционный интерферометр
Эффективным средством удаления двойственности «прореженных»
антенных решеток является метод, используемый в корреляционном ин-
терферометре. В основе его работы лежит сравнение измеренных раз-
ностей фаз между элементами АР с разностями фаз опорного простран-
ственного сигнала (ОПС), рассчитанными теоретически при данном уг-
ле прихода волны. Сравнение реализуется вычислением квадратичной
ошибки или коэффициента корреляции для двух наборов данных — по-
лученного путем измерения и теоретического. Теоретический набор
данных ОПС необходим для всех возможных направлений прихода ра-
диоволны. За направление пеленга принимается то направление ОПС,
332
Глава 7
для которого коэффициент корреляции с измеренными данными макси-
мален.
Корреляционно-интерферометрический измеритель (КИИ) вычис-
ляет пеленг по совокупности сигналов, получаемых с однотипных эле-
ментов АР.
Трудности реализации и контроля характеристик идентичных кана-
лов приема, необходимых для пеленгования, на начальном этапе разви-
тия привели к созданию одноканальных пеленгационных измерителей.
По принципу действия они также являются многоканальными, но физи-
ческое разделение каналов заменено в них частотным или временнь1м
разделением, Однако простота устранения погрешностей пеленгова-
ния, связанных с неидентичностью приемных каналов, сопровождается
появлением других недостатков. Например, при частотном разделе-
нии каналов неизбежно уменьшается ширина одного канала, при вре-
менном разделении — увеличивается время измерений, появляется за-
висимость результатов пеленгования от изменения параметров сигна-
лов за период измерений.
Интерферометр с цифровым приемником, число когерентных кана-
лов которого равно числу АЭ, реализует моноимпульсный метод пелен-
гования. Такой пеленгатор обеспечивает наибольшую скорость вычис-
ления пеленгов, но сложен, дорог в изготовлении и настройке. Важной
задачей, которую необходимо решить в моноимпульсном пеленгаторе,
является выполнение требования идентичности амплитудно-частотных
и фазо-частотных характеристик приемных каналов. Обычно эта задача
решается путем периодической калибровки с помощью тестового зон-
дирующего сигнала небольшой мощности, подаваемого в приемные ка-
налы. Структурная схема многоканального корреляционного интерфе-
рометра совпадает со структурной схемой многоканального фазового
интерферометра, которая изображена на рис. 7.24. Для стационарных
и мобильных станций радиомониторинга наибольшее распространение
в настоящее время получила схема с двумя каналами приема Струк-
турная схема такого интерферометра представлена на рис. 7.27.
Основными элементами КИИ являются: антенная решетка, антен-
ный коммутатор, двухканальный когерентный приемник, блок аналого-
цифровой обработки. Двухканальный приемник имеет два входа — пер-
вый будем называть сигнальным, второй — опорным. Антенный комму-
татор последовательно подключает к входам двухканального приемни-
ка пары элементов АР, выбираемые согласно алгоритму пеленгования.
Для обеспечения когерентного приема сигналов на смесители обоих
каналов приема подается одно и то же высокочастотное напряжение,
формируемое синтезатором частот. Основные функции двухканально-
го приемника: преобразование частоты принимаемого радиосигнала и
первичная фильтрация по побочным каналам приема, т.е. функция под-
готовки принятого радиосигнала к преобразованию в цифровой вид.
Пеленгование источников радиоизлучения
333
7.27. Корреляционный интерферометр
Рис.
с
двумя каналами приема
В блоке аналого-цифровой обработки выполняются основные вычисли-
тельные операции по алгоритму цифровой обработки. ПЭВМ, входящая
в состав интерферометра, выполняет управляющие функции, а также
осуществляет отображение результатов.
Принцип работы интерферометра основан на сравнении фаз поля в
пространственно разнесенных точках с целью определения ориентации
поверхности равных фаз, однозначно связанной с направлением рас-
пространения от ИРИ. Увеличение числа пар пространственно разне-
сенных точек, различающихся между собой расстоянием «разноса» или
базой и угловой ориентацией в пространстве, позволяет увеличить ин-
формацию о структуре принимаемой волны и соответственно повысить
качество формирования углового пространственного спекгра радиосиг-
нала. Антенные элементы, являющиеся датчиками ЭМП, располагаются,
как правило, в плоскости пеленгования (азимутальной плоскости), что
связано с возможностями технической реализации идентичных фазовых
центров каждого АЭ. Для обеспечения однозначности пеленгования в
круговой зоне необходимо иметь по крайней мере три АЭ, расположен-
ных в плоскости пеленгования. Учитывая необходимость сканирования
в пределах 360° с одинаковым качеством измерений, АР должна быть
симметричной относительно ее фазового центра. К числу симметрич-
ных плоских АР относятся эквидистантные одно- и многокольцевые АР
с центральным антенным элементом или без него [4, 12].
Недостатком КИИ с двухканальным приемником по сравнению с
многоканальным вариантом является большее время вычисления пе-
ленгов (при обеспечении одинаковой инструментальной точности и чув-
ствительности). Тем не менее время реакции (пеленгования) двухка-
нального КИИ, как правило, оказывается вполне приемлемым для боль-
334
Глава 7
шинства применений. Как будет показано ниже, использование двухка-
нального приемника с общим гетеродином и с одновременным под-
ключением пары АЭ к паре каналов практически исключает влияние
на точность пеленгования взаимной разницы амплитудно-частотных и
фазо-частотных характеристик каналов приема.
Улучшение основных характеристик КИИ может быть достигнуто пу-
тем увеличения размеров АР с соответствующим увеличением числа
АЭ. Это не всегда реализуемо по ряду известных причин, к числу кото-
рых можно отнести необходимость обеспечения высокой скорости об-
зора пространства при круговом сканировании, наличие ограничений на
массогабаритные характеристики радиосистемы и т.д. В связи с этим
возникает задача оптимального размещения ограниченного числа АЭ,
позволяющего получить максимальную информацию о структуре ЭМП в
раскрыве антенны. Для корреляционного интерферометра оптимальное
размещение АЭ на плоскости должно обеспечивать: во-первых, форми-
рование максимального числа пеленгационных пар (ПП) с разными ба-
зами; во-вторых, различную угловую ориентацию ПП с одинаковыми ба-
зами; в-третьих, изменение баз ПП с одинаковой угловой ориентацией.
7.13. Алгоритм корреляционно-
интерферометрического
измерителя
Рассмотрим алгоритм работы корреляционно-интерферометричес-
кого измерителя направления прихода ЭМП [184, 185]. Для случая коль-
цевой АР комплексную амплитуду (7.43) представим в эквивалентном
виде:
Ёп = Ео exp j ( 2тг-^ cos(0o - о71) sin До + <р(0 +
(7-51)
где Rn = — радиус кольца, на котором расположены АЭ; ап — угол
расположения ?г-го элемента АР, отсчитываемый против часовой стрел-
ки от оси х. В общем случае АР может содержать нескольких колец
из АЭ.
Суперпозиция радиосигналов от различных источников радиоиз-
лучения принимается элементами АР и поступает на входы антенного
коммутатора, который пропускает на два входа панорамного приемника
сигналы с выбранной пары АЭ. Радиосигналы, поступившие на входы
приемного устройства, переносятся в приемнике на промежуточную ча-
стоту, а при необходимости — на видеочастоту.
У панорамного приемника полоса частот одновременного обзора
значительно превышает ширину спектра сигнала отдельного ИРИ. По-
этому в полосе частот, принимаемых приемником, могут одновремен-
но работать большое число радиоканалов, как показано на рис. 7.28.
Пеленгование источников радиоизлучения
335
Рис. 7.28. Спектры радиосиг-
налов, одновременно прини-
маемые панорамным прием-
ником
Сигналы в этих каналах могут иметь в общем случае разную ширину
спектра и относиться к различным классам излучения.
С пары выходов приемника сигналы промежуточной частоты по-
ступают на входы АЦП, где они синхронно преобразуются в цифровые
сигналы, длиной Nn отсчетов.
Используя дискретное преобразование Фурье (ДПФ), для каждого
сигнала получают по Nn комплексных спектральных отсчетов. В даль-
нейшем для упрощения обработки используют только Nn/2 комплексных
отсчетов каждого спектра. Спектр сигнала в к-м радиоканале соответ-
ствует сигналу к-го источника радиоизлучения.
Учитывая соотношение [981
E = U/hn,
(7.52)
где Е — напряженность ЭМП; U — напряжение, измеренное на выходе
антенны; hn — действующая длина измерительной антенны, комплекс-
ные амплитуды сигнала в fc-м радиоканале для сигнального Zc(nXy t) и
опорного Zn(n2,i) трактов представим соответственно в виде:
Ис(п,,0 = haEQK sin/?0 х
х exp
cos(0o - Qnl)sin/30 + + y?0
(7.53)
Zo , t) = hn Eg K' sin До x
x exp
cos(0o - an2) sin До + <p(0 + <p0
(7.54)
где /гд — действующая высота АЭ для к-го радиоканала, приведенная
к входу приемного устройства; Ео — амплитуда напряженности элек-
тромагнитного поля радиосигнала в к-м радиоканале; К, К' и 92, <р' —
коэффициенты усиления и фазовые задержки сигнала сигнального и
опорного трактов приемного устройства соответственно для к-го ра-
диоканала; пл, п-2 — номера элементов АР, п2 =/ гц; ani> ап2 — углы
расположения элементов АР
Значения центральных частот Д радиоканалов в полосе одновре-
менного анализа df и ширина радиоканала dF известны в результа-
те выполнения операции обнаружения. Полоса анализа df определя-
ется аппаратной реализацией. Значения номеров радиоканалов {к},
1 к < ^тах - df/dF, в которых обнаружены радиосигналы, за-
поминаются Каждому из этих номеров соответствуют значения границ
336
Глава 7
радиоканала, пересчитанные в номера компонент спектра с учетом по-
лосы анализа df, объема N„ и ширины радиоканала dF, например, при
df = 4 МГц и d,F = 25 кГц А’тах = 160. Если 7УЛ = 4000, то в результа-
те дискретного преобразования Фурье получают 2000 пар комплексных
отсчетов спектра, следующих через интервал AF = df /{Nll/2) = 2 кГц.
На один канал приходится q - (dF/AF + 1) = 13 комплексных отсчетов,
каждый из которых состоит из действительной и мнимой части или мо-
дуля и фазы. Присваивая компонентам спектра радиоканала порядко-
вые номера, получают последовательности номеров отсчетов спектра,
соответствующих частотным полосам радиоканалов.
Для каждого радиоканала, в котором обнаружен сигнал, комплекс-
ные отсчеты спектра сигнала сигнального тракта £«.(&, F^i) перемно-
жают с комплексно сопряженными отсчетами спектра сигнала опорного
тракта So(k, г, п2), полученные произведения складывают:
^m,n2 = ^5с(А:,г,П1)5*(А:5г,п2), (7.55)
г
где к — номер радиоканала, 1 к < /сгпах; i — номер отсчета спектра
в канале, г - 0,1 — 1. В результате суммирования произведений
одноименных спектральных отсчетов для А'-го радиоканала формиру-
ется спектральная составляющая, соответствующая немодулированной
несущей частоте радиосигнала. С учетом выражений (7.53), (7.54) из
(7.55) получим интерференционный вектор сигнала:
Ац,п2 = (hE0 sin Ро)2КК' ехр[7(ДФП11П2 + - <//)], (7.56)
где фазовый сдвиг
2тг
ДФГ/,11П2 — —cos(0o лП|) Rn_> cos(0o се„,2 )] sin До. (7.57)
Величины фазовых сдвигов ДФП1?П2 зависят от направления прихода
радиосигнала, от угла 7П1}Пз ориентации ПП и от базы ЬП1,П2 между -м
и п2-м АЭ.
Одним из необходимых условий точности измерений является
обеспечение идентичности комплексных коэффициентов передачи
(ККП) радиоприемных каналов. На современном этапе развития ра-
диоэлектроники создание широкополосного двухканального радиопри-
емного устройства с одинаковыми ККП каналов является сложной тех-
нической задачей. В связи с этим целесообразно использовать в КИИ
двухканальное радиоприемное устройство с сигнальным и опорными
каналами и с общим гетеродином. При этом для уменьшения зави-
симости определения направления распространения и напряженности
ЭМП от разницы в частотных характеристиках сигнального и опорно-
го каналов РПУ предлагается использовать алгоритм с применением
третьего АЭ, не входящего в ПП.
Пеленгование источников радиоизлучения
337
Алгоритм состоит из трех шагов. На первом шаге вычисляется ин-
терференционный вектор между тц-м и п3-м АЭ
= Sc(k,i,ni)S*(k,i,n3)
П1,ПЗ V 1^(А:,г,п3)|
= (hE0 Sin Д0)К ехр[7(ДФП11Пз + у? - </)], (7.58)
на втором шаге — интерференционный вектор между п2’м и п3-м АЭ
д = 'V Sc(k,i,n2)S*(k,i,n3)
П2’ПЗ V К(к^п3)\
= (hE0 Sin/30)KехрЬ(ДФП2,Пз + </? - у/)], (7.59)
и, наконец, на третьем шаге вычисляется результирующий интерферен-
ционный вектор
Ли,= (hE0K Sin/%)’ ехрв(ДФ.П1№)]. (7.60)
Использование такой процедуры измерений позволяет, во-первых,
в качестве АЭ, подключаемого к опорному каналу РПУ, использовать
один из элементов АР, что упрощает ее структуру; во вторых, для из-
мерения напряженности ЭМП проводить калибровку только сигнального
канала РПУ. Ослабление требований к идентичности каналов РПУ поз-
воляет при меньших затратах создать двухканальное РПУ с большим
динамическим диапазоном и высокой чувствительностью.
В соответствии с (7.60) амплитуды интерференционных векторов
пропорциональны квадрату напряженности поля, а фазы определяются
базой соответствующих ПП и пространственной ориентацией линий, со-
единяющих п2-й и гц-й АЭ, относительно плоскости фронта падающей
волны.
Определение фазовых задержек ДФП1}П2 между сигналами, при-
нимаемыми элементами АР, позволяет сформировать (синтезировать)
направленную ДН АР, главный лепесток которой ориентирован в на-
правлении приема радиосигнала, что обеспечивает наилучшие условия
приема радиосигналов с различных направлений и наиболее точное из-
мерение напряженностей их электромагнитных полей.
Парциальные двумерные ДН Dp — диаграммы направленности каж-
дой антенной пары, формируемые путем последовательного перемно-
жения измеренного интерференционного вектора на вектор опорного
(теоретического) пространственного сигнала (ОПС), варьируемого по
пространственным угловым координатам, — в этом случае равны
b.p(Led6, Lfjdfl) = (hE0 Sin fl К}2 exp
j-rtTm (Sin До Cos(0o - ani )-
- Sin(£/?dfl) Cos( Ledd - ani)) - r„2(Sin До Cos(0o - anJ-
- Sin(Lpdfl) Cos(LedO - an2))] >,
(7.61)
338
Глава 7
где р — номер парциальной ДН ПП пл -го и п2-го АЭ, р = 1, 2,..., Р; Р —
число парциальных ДН АР; d& = 2iv/Lem^ — шаг вычисления азимута
ОПС; Le и £^1плх — текущие значение и общее число точек вычисления
азимута ОПС, 0 Lq £<?max — 1; d/З = 7г/(2£бтлх) — шаг вычисления
угла места ОПС; Lp и £/?тах — текущее значение и общее число точек
вычисления угла места ОПС, О Lp < £/з1пах — 1.
На рис. 7.29 представлены модуль, действительная и мнимая части
парциальной ДН ПП. Антенные элементы ПП находятся на оси X, рас-
стояние между ними равно 2г. Направление прихода волны отсчитыва-
ется против часовой стрелки от оси Y и составляет 0 = 60°. Из рисунка
видно, что ДН имеет несколько максимумов, что говорит о недостаточ-
ности двух АЭ для однозначного определения пеленга.
Чтобы исключить неоднозначность определения направления при-
хода сигнала, используют комбинацию нескольких парциальных ДН. При
этом наиболее часто используется суммирование парциальных ДН ПП,
что соответствует известному методу прямого синтеза ДН [77]. При-
меняется также перемножение парциальных ДН ПП и метод, заключа-
ющийся в суммировании парциальных ДН ПП с одинаковыми базами с
последующим их перемножением [11, 147].
Результирующие ДН антенных решеток при первом, втором и тре-
тьем методах синтеза определяются выражениями:
Р
ЬА(Ь0М, Lpd/3) = Ьр(10<1в, L0dp); (7.62)
p=l
p
DsiLoddy Lpd/3) = JJ Dp(LodO, Lpd/3)', (7.63)
p=i
n' p;
Dc(Lede, Lpd/3) = П E bPn,(Lede,Lpd^,
n'=l p„/ = l
(7.64)
где pn> — номер парциальной ДН ПП n'-й АР.
Оценка азимута и угла места ИРИ сводится к поиску максимума в
двумерном массиве ДН |£)д|, или |£>с| (в зависимости от мето-
да синтеза). В качестве выходной функции используется зависимость
мощности выходного сигнала от углового положения (LedO, Lpd/З) опор-
ного направления. На рис. 7.30 показано изменение формы синтези-
рованной ДН четырехэлементной АР (три АЭ по кругу, один в центре) в
зависимости от угла места ИРИ. Отношение радиуса кольца АР к длине
радиоволны г/А = 0,45, а угол места принимал значения 0, 30 и 60°.
Увеличение числа элементов АР приводит к сужению главного ле-
пестка ДН. На рис. 7.31 показаны изображения синтезированных ДН
корреляционного интерферометра с восьмиэлементной АР. Радиус
кольца решетки г = 0,5 м, семь элементов расположены по кругу и
Пеленгование источников радиоизлучения
339
о
180
Im (Dp)
-60 0 60 120 180 240 6, град
Рис. 7.29. Парциальная диаграмма направленности. Направление 9 - 60°
один в центре. Азимут прихода сигнала был постоянным 9 = 0, угол ме-
ста /3 принимал значения 0, 30 и 60°, частота сигнала составляла 250 и
500 МГц.
Как видно из рис. 7.31, с ростом частоты происходит рост уровня
боковых лепестков корреляционной кривой, что может быть причиной
340
Глава 7
неверного определения пеленга в верхней части диапазона рабочих ча-
стот пеленгатора. Кроме того, с увеличением частоты растет и число
боковых лепестков, вследствие чего повышается вероятность перебро-
са пеленга на неверное направление. Но в то же время с ростом часто-
ты главный лепесток корреляционной кривой сужается, что приводит к
уменьшению ошибки вычисления пеленга.
Модуль результирующей ДН
q(LodO, Lpdfl) = \Dc(LedO, L#d/3)\ (7.65)
используется для определения направления прихода радиоволны. Это-
му направлению соответствует его наибольшее значение
S(0, (3) = argQ = arg{maxg(£0d0, Lpdfi)}. (7.66)
Для реализации КИИ направления прихода ЭМВ необходимо.
1) получение синхронных во времени выборок пеленгуемого ра-
диосигнала, принимаемого двумя АЭ;
2) отображение полученных выборок сигнала из временной области
в частотную область (выполнение над полученными выборками опера-
ции преобразования Фурье);
3) вычисление комплексных сверток между спектральными состав-
ляющими с одинаковыми номерами для пары АЭ и получение интерфе-
ренционного вектора пары сигналов по формуле (7.60);
Пеленгование источников радиоизлучения
341
Рис. 7.31. Зависимость формы ДН восьмиэлементной антенной решетки от
угла места ИРИ при f = 250 МГц (слева) и f = 500 МГц (справа): а — /3 = 0;
6-/3 = 30°; в — /3 = 60°
4) повторение шагов 1)-3) для всех ПП;
5) вычисления парциальных ДН всех ПП в соответствии с (7 61);
6) синтез ДН АР по методу (7.62), (7.63) или (7.66);
7) вычисление пеленга на источник в соответствии с (7.66).
Поскольку парциальные ДН зависят от напряженности ЭМП, то про-
цедуру оценивания направления распространения можно совместить с
измерением его напряженности. Подобный измеритель рассмотрен в
[181].
7.14. Одноканальный корреляционный
интерферометрический измеритель
В настоящее время в стационарных и мобильных станциях радио-
мониторинга наибольшее распространение получил вариант построе-
342
Глава 7
ния КИИ с ТУ-канальным когерентным приемником (Д' 2). Обладая
высокой помехоусточивостью, широким рабочим диапазоном, высокой
точностью и быстродействием, такие КИИ вместе с тем отличаются вы-
сокой сложностью реализации аналогового многоканального тракта, его
сравнительно высокими массогабаритными характеристиками, что за-
трудняет их использование в портативной и носимой аппаратуре. Труд-
ности реализации идентичных каналов радиоприема, необходимых для
пеленгования, привели к созданию одноканальных пеленгационных из-
мерителей. По принципу действия они также являются многоканаль-
ными (7V / 1), но физическое разделение каналов заменено в них ча-
стотным или временном разделением.
Рассмотрим алгоритм работы пеленгатора с одним радиоприем-
ным трактом, который позволяет вычислять фазовые сдвиги ДФП„>П
на пеленгационных парах АЭ путем измерения амплитуд принимаемого
сигнала и его комбинаций [186].
Будем полагать, что элементы АР имеют одинаковые свойства, то-
гда напряженности поля cn(t) в фазовом центре n-го элемента соответ-
ствует напряжение un(t), снимаемое с его выхода:
un(t) = Un(t) cos[u>t + ДФП + + <ро]. (7.67)
Сложим колебания unl и ип2 с выходов щ и п2 элементов АР. По-
скольку колебания имеют одну и ту же частоту, амплитуда результи-
рующего сигнала unl + ип2 в соответствии с векторной диаграммой,
изображенной на рис. 7.32,
711 ~ cos(7T + ДФП| + ДФп2) —
= VuL + + 2ГЛ,>17„2 соз(ДФ„2п| ), (7.68)
где ДФп2п1 = ДФП1 — ДФп2 — сдвиг фазы между сигналами на элемен-
тах АР.
Из выражения (7.68) получим с точностью до знака фазовый сдвиг
между сигналами, снимаемыми с элементов АР,
fA2-U2 — U2 \
- - ' / \ • Афп2пт = ± arccos ( ^ог-п\т п2 .
ДД^>л2.л1 \ п2 /
(7.69)
Для устранения неоднозначности опре-
деления фазового сдвига подвергнем сиг-
нал преобразованию Гильберта:
= H[17„,(t)cos(wt + ДФП1 + у>(() + ^.(У.УО)
Поскольку H(coswt) = sinwi. а медленно
/ \<90
1 / \
' / \
' \
% г \
\
Рис. 7.32. Векторная
диаграмма сигналов
Пеленгование источников радиоизлучения
343
меняющийся сомножитель Un] (i) можно вынести из под знака преоб-
разования Гильберта, получим
flnitt) = + ДФП1 +p(t) + ¥>o). (7.71)
После сложения йп1(£) и un2(Z) амплитуда суммарного колебания
^2 = yj* ^п2 + 2?7п1?7п2 СО5(ДФп2,Ш + "^/2) -
= у/и^ + % - 2UM ип2 5!П(ДФ„2П,). (7.72)
Из последнего выражения получим
2l/ni Un2 sin(ДФп2п1) = U2} + U2n2 - А2 (7.73)
и далее
I72 + П2 — Д2
шп(ДФп2п1) = n^Trfr-------- VW
Un2
Выражения (7.69) и (7.74) позволяют однозначно определить иско-
мую разность фаз ДФп2п1. Для определения двух возможных значений
фаз ДФП2П1. — ДФп2п1 используется выражение (7.69), не зависящее от
погрешности поворота фазы, которая может возникать при технической
реализации преобразователя Гильберта.
Поскольку синус — нечетная функция, то формулу можно перепи-
сать в виде:
/ Д2 _ ГТ2 _ ГТ2 \
ДФгг2л. = arccos ( .1 П2 + _ А2} (7 75)
\ 112712 /
где sgn(x) = | ^<Q
После вычисления ДФп2п1 для определения направления прихода
ЭМП используется алгоритм КИИ угла прихода ЭМП.
Структурная схема пеленгатора приведена на рис. 7.33. Пелен-
гатор имеет в своем составе АР с идентичными ненаправленными АЭ
и коммутатором, блок формирования сигналов (БФС), одноканальный
приемник и одноканальный блок аналого-цифровой обработки.
Алгоритм вычисления интерференционного вектора пеленгацион-
ной пары сводится к следующей последовательности операций.
1. Измеряется амплитуда t7wl сигнала на пг-м элементе АР. Для
этого с выхода антенного коммутатора сигнал поступает на коммутатор
1, затем на коммутатор 2, далее на коммутатор 3 и коммутатор 5. С
выхода коммутатора 5 сигнал поступает на вход одноканального па-
норамного приемника.
2. Измеряется амплитуда [Гп2 сигнала на п2-м элементе АР. Для
этого сигнал со второго выхода антенного коммутатора поступает на
коммутатор 5 и с его выхода на вход панорамного приемника.
344
Глава 7
Антенная решетка
с коммутатором
Блок формирования
сигналов
Одноканапьный Блок аналого-цифровой
приемник обработки сигналов
Рис. 7.33. Структурная схема пеленгатора с одним радиоприемным трактом
3. Определяется амплитуда суммарного сигнала пары АЭ. Для это-
го сигнал с nj-го АЭ через антенный коммутатор и коммутаторы 1 и
3 подается на один вход сумматора, на второй вход сумматора че-
рез второй выход антенного коммутатора и далее через коммутатор
4 подается сигнал с п2-го АЭ. Суммарный сигнал поступает на вход
панорамного приемника.
4. Вычисляется амплитуда суммы сигнала с п2-го АЭ и сигнала спг
го АЭ, прошедшего через фазовращатель (ФВ) на 90°. Для этого сигнал
с щ -го АЭ с выхода антенного коммутатора поступает на коммутатор 1,
далее на ФВ, далее через коммутаторы 2 и 3 на вход сумматора.
5. По формуле (7.75) вычисляется разность фаз АФп2п1 и форми-
руется интерференционный вектор
ч
Т^п2п1 ~ ^Лг2^Лг1 ^Xp(j’ДФп2п1 )• (7-76)
Аналогичным образом вычисляются интерференционные вектора с
других пар АЭ. На основе полученных интерференционных векторов
формируются парциальные ДН, а затем синтезируется диаграмма на-
правленности АР, по которой вычисляется направление прихода радио-
сигнала.
Сравним рассмотренный радиопеленгатор с одним приемным трак-
том с КИИ, имеющим два когерентных канала приема. Для вычисления
пеленга будем использовать алгоритм с суммированием парциальных
ДН:
р
b(Lode) = Dp(LodO), (7.77)
p=i
Пеленгование источников радиоизлучения
345
Рис. 7.34. Зависимости СКО пеленгования для круговой АР с пятью АЭ:
1, 2 и 3 — КИИ с двумя каналами приема при ОСШ равном 20, 15 и 10 дБ;
4, 5 и 6— КИИ с одним радиоприемным трактом при ОСШ равном 20, 15
и 10 дБ
где D — результирующая ДН; Dp — ДН пеленгационной пары; Р — число
парциальных ДН АР; dO = 2тг/£б»П1ПХ — шаг вычисления азимута; L# и
— текущее значение и общее число точек вычисления азимута.
Сравнение выполним по двум показателям: СКО пеленгования а
и вероятности аномальных ошибок Рл. Среднеквадратическая ошиб-
ка вычислялась по формуле
где угловые скобки обозначают операцию усреднения по числу итера-
ций моделирования; 0т — оценка азимута, полученная в результате
вычислений; 0Q — истинное значение азимута. Оценка вероятности
аномального определения пеленга Рл - Na/N, где Na —- число ано-
мальных вычислений пеленга; N — общее число итераций. Под ано-
мальным вычислением пеленга здесь понимается результат пеленго-
вания, когда под воздействием помех уровень бокового лепестка ДН
АР превышает уровень основного лепестка и оценка пеленга соответ-
ствует боковому лепестку.
На рис. 7.34 представлены зависимости СКО пеленгования от от-
ношения r/А радиуса г АР к длине радиоволны А принимаемого радио-
сигнала. Зависимости 1-3 построены для КИИ с двумя когерентными
радиоприемными трактами, зависимости 4-6 — для КИИ с одним ра-
диоприемным трактом. Число элементов круговой АР равно 5. При
моделировании азимут прихода сигнала менялся от нуля до 359° с ша-
гом 1°. Для каждого направления пеленг оценивался 1000 раз. Отно-
шение сигнал/шум (ОСШ) в полосе сигнала менялось от 10 до 20 дБ.
Отношение r/А изменялось в пределах от 0,03 до 2.
346
Глава 7
Рис. 7.35. Зависимости СКО пеленгования для круговой АР с семью АЭ:
1, 2 и 3 — КИИ с двумя каналами приема при ОСШ равном 20, 15 и 10 дБ;
4, 5 и 6— КИИ с одним радиоприемным трактом при ОСШ равном 20, 15
и 10 дБ
Как следует из полученных зависимостей, пеленгатор с одним ра-
диоприемным трактом больше подвержен действию помех и имеет
меньший рабочий диапазон частот, чем двухканальный интерферометр.
Так, при ОСШ 10 дБ для одноканального пеленгатора СКО превыша-
ет 10° во всем диапазоне изменения отношения r/Л. При увеличении
ОСШ точность работы одноканального пеленгатора улучшается. При
ОСШ 15 дБ СКО не превышает 5° в диапазоне значений отношения от
0,27 до 0.49, а при ОСШ 20 дБ диапазон работы пеленгатора становится
еще шире — от 0,25 до 0,77. Для двухканального пеленгатора диапазон
отношений, в котором СКО не превышает 5°, значительно шире.
Возможным путем повышения точности пеленгования и расшире-
ния рабочего диапазона частот является увеличение числа элементов
АР. Это подтверждает рис. 7.35, где построены зависимости для АР с
семью АЭ, аналогичные рис. 7.34. При ОСШ 15 дБ СКО не превышает
5° теперь уже в диапазоне значений от 0,26 до 1,25. Таким образом,
добавление двух АЭ привело более, чем четырехкратному расширению
рабочего диапазона частот.
На рис. 7.36 приведены зависимости вероятности аномального оп-
ределения пеленга Ра от отношения r/А для АР с пятью АЭ.
Сравнение рисунков показывает, что зависимости вероятности ано-
мальных ошибок Рл{г/Х) по форме повторяют зависимости СКО <т(г/А),
следовательно, ухудшение качества пеленгования одноканального пе-
ленгатора с уменьшением ОСШ связано с появлением аномальных пе-
ленгов.
Алгоритм работы пеленгатора с одним радиоприемным трактом ос-
нован на том, что распределение фаз радиосигналов, принимаемых
элементами АР, необходимое для формирования ДН АР, определяет-
ся путем измерения амплитуд сигналов, принятых АЭ, и их комбинаций.
Пеленгование источников радиоизлучения
347
Рис. 7.36. Зависимости вероятности аномального пеленга для круговой АР с
пятью АЭ: 1, 2 и 3 — КИИ с одним радиоприемным трактом при ОСШ равном
10, 15 и 20 дБ; 4 — КИИ с двумя каналами приема при ОСШ равном 10 дБ
Для выполнения необходимых операций над сигналами не требуют-
ся синхронные преобразования пар сигналов с последующим прямым
измерением разностей фаз и соответственно отсутствует необходи-
мость использования для приема и преобразования сигналов сложного,
как минимум, двухканального приемника с объединенным гетеродином.
Недостатками рассмотренного пеленгатора по сравнению с корре-
ляционным интерферометром на основе двухканального приемника яв-
ляются четырехкратное увеличение временных затрат на один цикл пе-
ленгования и меньший рабочий диапазон частот при работе в условиях
действия помех. Тем не менее упрощение конструкции, снижение ве-
са и габаритных размеров аппаратуры, уменьшение энергопотребления
делает целесообразным применение данного одноканального метода в
недорогой портативной и носимой аппаратуре.
7.15. Разворачиваемый
корреляционный интерферометр
«Артикул-М4»
Для стационарных постов пеленгования в системе АРК-ПОМ1 ис-
пользуется радиопеленгатор «Артикул-М4». Этот пеленгатор может так-
же использоваться в мобильных системах АРК-ПОМ2 для работы на
стоянках. Радиопеленгатор состоит из антенно-радиоприемного бло-
ка (АРПБ), блока аналого-цифровой обработки (БАЦО), блока питания
и ПЭВМ. Радиопеленгатор обеспечивает пеленгование радиосигналов
в диапазоне от 25 до 3000 МГц.
Функциональная схема радиопеленгатора приведена на рис. 7.37.
Внешний вид антенно-радиоприемного блока пеленгатора с разверну-
тыми АЭ показан на рис. 7.38.
Антенно-радиоприемный блок содержит антенно-коммутационный
блок и блок тюнеров. В состав антенно-коммутационного блока входят
348
Глава 7
Антенный
элемент 1
Антенный
элемент 2
Антенный
элемент N
Антенный
элемент 1
Антенный
элемент 2
Антенный
элемент N
Антенно-
коммутационный
блок
Блок тюнеров
Блок защиты и
синхронизации
ПЭВМ
Блок аналого-
цифровой
обработки
Рис. 7.37. Функциональная схема радиопеленгатора «Артикул-М4»
две круговые АР первой и второй литеры. Антенная решетка первой
литеры работает в диапазоне частот 25... 1000 МГц, АР второй литеры —
в диапазоне частот 1000...3000 МГц.
Антенные элементы первой лигеры закреплены на откидных тра-
версах, а АР второй литеры размещена под пластиковым обтекателем
в верхней части АРПБ.
Шарнирное крепление АЭ и поворотные траверсы существенно
ускоряют разворачивание антенной системы, которое сводится к на-
деванию посадочного гнезда АРПБ на хвостовик мачты до совмеще-
ния поперечных отверстий, закреплению антенны на мачте стопорным
пальцем, развороту траверс антенны на 90° до фиксации на основании
блока. При этом АЭ всегда сохраняют вертикальное положение.
Для установки пеленгатора целесообразно использовать телеско-
пическую мачту АРК-МТЗ, имеющую малый вес и надежную двухконтур-
ную систему подъема, предотвращающую падение АРПБ при обрыве
одного из тросов. Мачта может устанавливаться на грунт, на крышу
здания и закрепляться с помощью специальных кронштейнов на ав-
томобиле (см. разд. 8.13).
Радиопеленгатор «Артикул-М4» (АРК-МП4), развернутый на мачте
АРК-МТЗ, представлен на рис. 7.39.
Блок тюнеров АРК-ЦТЗ или АРК-ЦТ6 размещается внутри корпу-
са АРПБ (см. гл. 2). Размещение аналоговой части цифрового радио-
приемного устройства (ЦРПУ) внутри АРПБ повышает чувствительность
пеленгатора в верхней части диапазона рабочих частот и за счет све-
дения к минимуму длины высокочастотных кабелей устраняет антенный
Пеленгование источников радиоизлучения
349
Рис. 7.38. Антенно-радиоприемный блок пе-
ленгатора «Артикул-М4» (АРК-МП4): 1 — антен-
ная решетка 1000 ..3000 МГц; 2 — откидные тра-
версы; 3 — антенный элемент 22,5...1000 МГц;
4 — корпус АРПБ; 5 — крепежный ремень
Рис. 7.39. «Артикул-М4»
(АРК-МП4), развернутый на
мачте АРК-МТЗ
эффект. Кроме того, поскольку сигнал ПЧ с выхода ЦРПУ имеет срав-
нительно низкую частоту, становится возможным использование кабеля
снижения длиной до нескольких сотен метров (см. стр. 50).
Работоспособность АРПБ сохраняется в диапазоне температур ок-
ружающей среды от —50 до +55 °C. При отрицательной температуре
в корпусе АРПБ автоматический включается встроенный нагреватель,
а при положительной температуре — система принудительной вентиля-
ции.
Отфильтрованные, усиленные и преобразованные тюнерами сигна-
лы двух каналов на промежуточной частоте 41,6 МГц поступают в БАЦО.
Блок аналого-цифровой обработки пеленгатора изображен на
рис. 7.40. Основным элементом блока является двухканальный модуль
цифровой обработки сигналов, собранный на базе модуля АРК-ЦО5 и
двухканального специализированного вычислителя АРК-С5. С управля
ющей ПЭВМ связь осуществляется по последовательному интерфейсу
USB 2.0. Скорость передачи данных из БАЦО на внешнюю ПЭВМ со-
ставляет не менее 40 Мбайт/с.
Технические характеристики радиопеленгатора «Артикул-М4»
Диапазон рабочих частот, МГц................................ 25...3000
Чувствительность приемного тракта по полю в полосе 12,5 кГц, мкВ/м,
не хуже, в диапазоне, МГц:
25...100..................................................15
100...1000.................................................5
1000...3000...............................................20
350
Глава 7
Рис. 7.40. Блок аналого-цифровой обработки: 1 — блок обработки сигналов;
2 — блок управления АРПБ; 3 — блок защиты и синхронизации; 4 — тумблер вклю-
чения питания; 5 — разьем для подачи синхросигналов; 6 — держатель предо-
хранителя; 7 — разъем для подключения питания; 8 — клемма заземления; 9,
10 — разъемы для соединения с АРПБ; 11 — ключ для извлечения блока; 12 —
разъемы USB для межблочных соединений; 13 — разьем USB для соединения с
контроллером; 14 — разъем для подключения головных телефонов; 15 — выход
звука
Инструментальная СКО измерения пеленга, «рад., не более, в диапа-
зоне, МГц:
25...100........................................................3
100...1000 и 1000...3000.....................................2
Скорость обзора, МГц/с:
без пеленгования............................................ 3000
с пеленгованием, не менее....................................300
Избирательность по соседнему и побочным каналам, дБ, не менее ... 70
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка, дБ,
не менее.......................................................75
Полоса мгновенного обзора частотного диапазона, МГц............5
Постоянное напряжение электропитания, В........................27+ ® 5
Потребляемый ток, А, не более..............................7
Масса, кг, не более............................................40
Кривые зависимостей точности и чувствительности радиопеленга-
тора «Артикул-М4» от частоты представлены на рис. 7.41 и 7.42. За-
висимости построены по результатам испытаний нескольких изделий,
установленных на мачте АРК-МТЗ высотой 9 м. Время усреднения на
каждой частоте не превышало 50 мс.
Как видно из рисунков, СКО пеленгования для мобильного пелен-
гатора «Артикул-М4» в среднем составляет 1. .1,5°, а чувствительность
по полю зависит от частоты принимаемого сигнала. На нижней гра-
нице рабочего диапазона частот чувствительность составляет 6 мкВ/м,
далее она улучшается и в диапазоне частот 100...300 МГц составляет
около 1 мкВ/м, на верхней граничной частоте первой антенной литеры
становится равной 6 мкВ/м. При переходе на вторую антенную лите-
ру чувствительность улучшается до 2 мкВ/м, затем ее значение моно-
Пеленгование источников радиоизлучения
351
Рис. 7.41. Зависимость СКО пеленгования радиопеленгатора «Артикул-М4»
от частоты
Напряженность
поля, мкВ/м
Рис. 7.42. Зависимость чувствительности пеленгатора «Артикул-М4»
от частоты
юнно ухудшается и на верхней граничной частоте второй литеры со-
ставляет около 12 мкВ/м
7.16. Мобильный пеленгатор
«Артикул-М1»
Для работы в движении на мобильных постах пеленгования исполь-
зуется радиопеленгатор «Артикул-М1». Как и радиопеленгатор «Арти-
кул-М4», он обеспечивает пеленгование радиосигналов в диапазоне
от 25 до 3000 МГц. Его антенная система также имеет две круго-
вые АР. Антенная решетка первой литеры работает в диапазоне частот
25... 1000 МГц, решетка второй литеры — в диапазоне частот 1000...
3000 МГц. Антенная система пеленгатора может иметь два варианта
исполнения: АС-МК1М в локальном съемном радиопрозрачном обте-
кателе с возможностью оперативной установки на крыше автомобиля
(рис. 7.43) и АС-МК6 в несъемном радиопрозрачном обтекателе, явля-
ющимся частью конструкции автомобиля (рис. 7.44).
Кривые зависимостей точности и чувствительности радиопеленга-
тора «Артикул-М1» от частоты представлены на рис. 7.45 и 7.46. За-
висимости построены по результатам испытаний нескольких изделий,
установленных на микроавтобус «Газель». Ухудшение точности пелен-
гования в районе частоты 100 МГц вызвано влиянием корпуса автомо-
биля, поскольку коррекции радиодевиации не проводилась.
Как видно из графиков, СКО пеленгования у радиопеленгатора «Ар-
тикул-Ml» в среднем на 0,5° хуже, чем у радиопеленгатора «Артикул-
М4», также он имеет небольшой проигрыш по чувствительности. От-
меченные ухудшения обусловлены компактной конструкцией антенных
решеток радиопеленгатора и влиянием корпуса автомобиля.
352
Глава 7
Рис. 7.43. Антенная система АС-МГЦ
пеленгатора «Артикул-М1», установ-
ленная на крыше автомобиля
Рис. 7.44. Мобильный радиопеленга
тор «Артикул-М1» с антенной системой
в несъемном радиопрозрачном обте
кате ле
СКО, град
5
4
3
2
1
-
О
500 1000 1500 2000 2500 Частота, МГц
Рис. 7.45. Зависимость СКО пеленгования «Артикул-М1» от частоты
Рис. 7.46. Зависимость чувствительности «Артикул-М1» от частоты
25
10
30
Основные характеристики радиопеленгатора «Артикул-М1»
Диапазон рабочих частот, МГц....................................25...3000
Чувствительность приемного тракта по полю в полосе 12,5 кГц,
мкВ/м, не хуже, в диапазоне, МГц:
25...100 .......................................................
100...1000....................................................
1000...3000...................................................
Инструментальная СКО измерения пеленга, град., не более, в диапа-
зоне, МГц:
25...100........................................................
100..1000.....................................................
1000...3000...................................................
Скорость обзора, МГц/с:
без пеленгования................................................
с пеленгованием, не менее.....................................
5
2
3
3000
300
Пеленгование источников радиоизлучения
353
Избирательность по соседнему и побочным каналам, дЬ, не менее... 70
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка, дБ,
не менее.......................................................75
Полоса мгновенного обзора частотного диапазона, МГц.............5
Постоянное напряжение электропитания, В........................ 27^4 F
11отребляемый ток, А, не более..................................2
Масса, кг, не более.............................................40
7.17. Портативный складной
пеленгатор «Артикул-П»
Портативная аппаратура пеленгования построена на основе склад
пого радиопеленгатора «Артикул-П» [25], предназначенного для уста-
новки на разборной мачте. Рабочий диапазон пеленгатора от 25 до
1300 МГц.
При транспортировке антенная система складывается и помеща-
ется в жесткий чехол, снабженный ремнями для переноски (рис. 7.47).
В сложенном виде диаметр антенной системы равен 480 мм.
До 2005 г. радиопеленгатор комплектовался радиоприемным уст-
ройством АРК-ЦТ2. Вид приемника АРК-ЦТ2 в защитном кожухе пред-
ставлен на рис. 7.48. Кожух снабжен системой принудительной венти-
ляции и системой подогрева для обеспечения работы приемника в диа-
пазоне температур от —50 до +50 °C. Приемник в защитном кожухе раз-
мещается на первом звене мачты под антенной системой (см. рис. П10
вклейки). По кабелю снижения от антенной системы сигнал на радио-
частоте передается в приемник. В свою очередь усиленный сигнал от
приемника в блок аналого-цифровой обработки поступает на сравни-
<ельно низкой промежуточной частоте, что сокращает потери в соеди-
нительном кабеле, уменьшает коэффициент шума приемной части и
снижает антенный эффект кабеля. Вынесенное к антенне размеще-
ние приемника делает возможным использование кабеля длиной до
нескольких сотен метров.
Блок аналого-цифровой обработки (БАЦО) АРК-АЦО-МК7, входя-
щий в состав поста, изображен на рис. 7.49. Этот блок может рабо-
тать в двух режимах: в автоматизированном режиме под управлением
ПЭВМ и в автономном режиме без ПЭВМ. В автоматизированном режи-
ме управление от ПЭВМ осуществляется по параллельному интерфейсу,
работой комплекса управляет программа СМО-ППК.
Если к БАЦО не подключена ПЭВМ, то после включения напряжения
питания радиопеленгатор переходит к автономной работе. Возможные
режимы автономной работы указаны в табл. 7.2
В автономном режиме результаты обработки, пеленг, спектр, кор-
реляционная кривая и другие данные отображаются на жидкокристалли-
ческом (ЖК) дисплее. В качестве примера на рис. 7.50 и 7.51 показаны
изображения на ЖК дисплее в режимах «Спектр в полосе 0,5 МГц» и
«Пеленг». Как видим, частота настройки аппаратуры равна 337 МГц,
12—5729
354
Глава 7
Таблица 7.2
Режимы работы радиопеленгатора «Артикул-П» без ПЭВМ
Номер режима Наименование режима
0 Настройка
1 Спектр в полосе 2 МГц
2 Усредненный спектр в полосе 2 МГц
3 Пиковый спектр в полосе 2 МГц
4 Спектр в полосе 0,5 МГц
5 Усредненный спектр в полосе 0,5 МГц
6 Пиковый спектр в полосе 0,5 МГц
7 Пеленг (в соответствии с выбранным алгоритмом)
8 Диагностический режим
9 Радиомодем (опционально)
Рис. 7.47. Укладка антенной системы
АС-ПГ17 в чехол для переноски
Рис. 7.48. АРК-ЦТ2 в защитном
кожухе
Рис. 7.49. Блок аналого-цифровой
обработки АРК-АЦО-МК7
включен демодулятор сигналов с узкополосной частотной модуляци-
ей (NFM), при выбранной для пеленгования полосе 25 кГц, азимут на
источник равен 182°.
Начиная с 2005 г., вместо радиоприемного устройства АРК-ЦТ2
пост пеленгования комплектуется двухканальным радиоприемным уст-
ройством на базе ЦРПУ «Аргамак» (см. разд. 2.8). Малые габаритные
размеры этого радиоприемного устройства позволили разместить его
вместе с резервной аккумуляторной батареей емкостью 7 А ч в ударо-
прочном и влагозащищенном кейсе размером 268x123x247 мм. При
этом вес кейса вместе с аккумулятором не превышает 5 кг. Энергии
аккумуляторной батареи хватает более чем на 3 часа непрерывной ра-
боты радиопеленгатора.
Пеленгование источников радиоизлучения
355
Рис. 7.50. Режим «Спектр в полосе
0,5 МГц»
Рис. 7.51. Режим «Пеленг»
Основные характеристики пеленгатора «Артикул-П»
(на базе приемника «Аргамак»)
Диапазон рабочих частот, МГн.....................................,25...1300
Чувствительность приемного траста по полю в полосе 12,5 кГц, мкВ/м,
не хуже, в диапазоне, МГн.
25...100.......................................................25
100...1000.....................................................10
1000...3000 ...................................................20
Инструментальная СКО измерения пеленга, град., не более, в диапа-
зоне, МГц:
25...100.......................................................5
100...1000.....................................................2
1000...3000....................................................1,5
Скорость обзора, МГц/с:
без пеленгования ..............................................1400
с пеленгованием, не менее......................................50
Избирательность по соседнему и побочным каналам, дБ, не менее.... 70
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка, дБ, нс
менее............................................................70
11олоса мгновенного обзора частотного диапазона, МГц.............5
Постоянное напряжение электропитания, В ..........................27+^ 5
Потребляемый ток, А, не более....................................1,5
Масса, кг, не более..............................................25
Масса транспортировочного чехла, кг, не более....................16
На рис. 7.52 и 7.53 приведены зависимости точности и чувстви-
1сльности радиопеленгатора «Артикул-П» от частоты. Как видно из ри-
сунков, в рабочем диапазоне частот этот пеленгатор имеет параметры,
не уступающие параметрам аппаратуры «Артикул-М4».
Рис. 7.52. Зависимость СКО
пеленгования «Артикул-П» от
частоты
Рис. 7.53. Зависимость чувствительности
пеленгатора «Артикул-П» от частоты
356 Глава 7
7.18. Портативный складной
пеленгатор «Артикул-П 11»
Новая модификация портативного пеленгатора — «Артикул-П 11».
Антенная система пеленгатора конструктивно объединена с телеско-
пической мачтой, что существенно сокращает время ее развертыва-
ния. Несмотря на то что в конструкцию антенны добавлена мачта, вес
упаковки для транспортировки сократился. В антенной системе ис-
пользованы специально разработанные плоские приемные элементы,
закрепленные на корпусе основания при помощи поворотных траверс.
Плоские элементы позволили сократить диаметр антенны в сложенном
виде до 320 мм. В развернутом состоянии высота антенной системы
«Артикул-П11» составляет 4 м, при этом транспортировочный чехол ис-
пользуется как основание мачты.
На рис. 7.54 антенная система «Артикул-П 11» показана в разверну-
том состоянии, а на рис. 7.55 — в виде, сложенном для транспортиров-
ки. Рядом для сравнения изображена антенная система «Артикул-П».
Двухканальное радиоприемное устройство «Аргамак-Т2» смон тиро-
вано непосредственно в корпусе антенной системы. Кроме повышения
чувствительности, сократилось время на развертывание антенной си-
стемы, поскольку отпала необходимость крепить приемник к основанию
мачты и подключать кабели между приемником и антенной системой. В
конструкции антенной системы предусмотрена возможность установки
дополнительного легкосъемного модуля второй литеры, расширяющего
диапазон рабочих частот пеленгатора до 3 ГГц.
Рис. 7.54. Антенная система «Артикул-П11»
в развернутом состоянии
Рис. 7.55. Антенные системы
«Арти кул - П11» и «Арти -
кул-П» в сложенном состоянии
Пеленгование источников радиоизлучения
357
Таким образом, использование антенной системы «Артикул-П11»
( встроенным двухканальным когерентным приемником «Аргамак-Т2»
позволило расширить частотный диапазон портативного пеленгатора до
3 ГГц, уменьшить его массу и габаритные размеры, сократить время
па его развертывания.
Основные характеристики пеленгатора «Артикул-П11»
Диапазон рабочих частот, МГц......................................25...3000
Чувствительность приемного тракта по полю в полосе 12,5 к! ц, мкВ/м,
не хуже, в диапазоне, МГц:
25...100........................................................15
100...1000......................................................5
1000...3000.....................................................20
Инструментальная СКО измерения пеленга, град., не более, в диапа-
зоне, МГц:
25...100...........................................................3
100...1000......................................................2
1000...3000.....................................................2
Скорость обзора, МГц/с:
без пеленгования................................................3000
с пеленгованием, не менее.......................................300
Избирательность по соседнему и побочным каналам, дБ, не менее.... 70
Динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка, дБ,
не менее..........................................................75
Полоса мгновенного обзора частотного диапазона, МГц...............5
Постоянное напряжение электропитания, В...........................27^ 5
Потребляемый ток, А, не более.....................................1,5
Масса (вместе с транспортировочным чехлом), кг, не более....2,4
7.19. Унифицированные
автоматические радиопеленгаторы
семейства «Артикул»
Начиная с 2006 г. в автоматических радиопеленгаторах семейства
Артикул» стали использоваться унифицированные блоки: радиочастот-
ного модуля АРК-ПС5, модуля ЦОС ПЧ АРК-ЦО5, активных антенных эле-
ментов, высокочастотных коммутаторов и импульсных источников вто-
ричного электропитания. Проведенная унификация улучшила техниче-
ские параметры пеленгаторов, сделала их более надежными, позволила
уменьшить массу и габариты [26]. Все радиопеленгаторы по-прежнему
построены по классической структурной схеме двухканального корреля-
ционного интерферометра, приведенной на рис. 7.27. Основной состав
семейства приведен в табл. 7 3, на рис. 7.56-7.61 показан внешний
вид их антенных систем.
Основные технические характеристики радиопеленгаторов
семейства «Артикул»
Рабочий диапазон частот, МГц.............................25...3000
Скорость в рабочем диапазоне, МГц/с, не менее............ 3200
Аттенюаторы, дБ..........................................0...30 с шагом 2 дБ
358
Глава 7
Таблица 7.3
Автоматические радиопеленгаторы семейства «Артикул»
Наименование Вид исполнения Антенная система Блок аналого- цифровой обработки Управление и отображение информации
«Артикул-С» Стационарный или разворачи- ваемый АС-ПП4 АЦО-М11 ПЭВМ
«Артикул-М» Мобильный АС-МП6, АС-МП17 АЦО-М11 ПЭВМ
«Артикул-П» Портативный АС-ПП17 Портативный системный кейс АРК-КС17 ПЭВМ
«Артикул Н1» Носимый АС НП1 М ал ога бар итны й системный кейс «Аргамак-2К» ПЭВМ или КПК
Односигнальный динамический диапазон. дБ, не менее..110
Динамический диапазон по интермодуляции второго и тре-
тьего порядка, дБ, не менее..........................75
Избирательность по зеркальному каналу, дБ, не менее.70
Ослабление помехи промежуточной частоты, дБ, не менее. .70
Метод пеленгования..................................корреляционно-
интерферометри-
ческий
Рабочий сектор углов, град..........................0...360
Скорость многоканального пеленгования при частотном
разрешении не менее 12 кГц, МГц/с, не менее:
в базовом исполнении................................120
при наличии спецвычислителя АРК-С5................300
Минимальная длительность пеленгуемого сигнала, мс:
однократного (в базовом исполнении)...............30
однократного (при наличии спецвычислителя АРК-С5) .... 10
регулярного повторяющегося импульсного сигнала (при
наличии спецвычислителя АРК-С5) ...................1
Ширина спектра пеленгуемого сигнала.................произвольная
Инструментальная точность (СКО) (в зависимости от часто-
ты радиосигнала), град.:
АС ПП4, АС-ПП17...................................1...3
АС-МП6, АС-МП17, АС-НП1...........................1...5
Чувствительность по полю (в зависимости от частоты сигна-
ла при удвоенном значении СКО), мкВ/м:
АС-ПП4, АС-МП6, АС МП17, АС-ПП17..................1...8
АС-НП1............................................1...25
Потребляемая мощность (в зависимости от типа антенной
системы, вместе с системой термостабилизации), Вт ..20...90
Рабочий диапазон температур, °C.....................-40...+50
Масса, кг, не более:
АС-ПП4............................................25
АС-МП6............................................15
АС-МП17...........................................28
АС-ПП17 (вместе с мачтой).........................9
АС-НП1 (вместе с «Аргамак-2К»)....................13
Пеленгование источников радиоизлучения
359
Рис. 7.56. Антенная система АС-ПП4
в сложенном и развернутом виде
Рис. 7.57. Антенная система АС-
МП6 находится под общим обте-
кателем на всю крышу автомобиля
Рис. 7.58. Антенная система АС-МП 17
на крыше легкового автомобиля
Рис. 7.59. Носимая антенная
система АС НП1 установленная на
автомобиль с помощью магнитного
основания
Полоса одновременно обрабатываемых частот, кГц/
разрешающая способность по частоте, Гц: .....5000/12000, 250/500,
100/200, 50/200, 25/100,
12/50, 6/25
Во всех радиопеленгаторах, кроме носимого «Артикул-Н1», приме-
нена двухлитерная конструкция антенной системы. Антенная решетка
первой литеры принимает сигналы в рабочем диапазоне частот
25... 1000 МГц, антенная решетка второй литеры — в диапазоне
1000...3000 МГц. Подобная конструкция обеспечивает широкий диа-
пазон рабочих частот при высокой чувствительности пеленгования.
В отличие от других пеленгаторов семейства, носимый радиопе-
ленгатор «Артикул-Н1» имеет однолитерную конструкцию. Его АС оп-
1имизирована для диапазона радиочастот от 25 до 3000 МГц, имеет
сравнительно небольшой диаметр. Характеристики по точности и чув-
сшительности в низкочастотной части рабочего диапазона у этого пе-
ленгатора несколько хуже, чем у остальных пеленгаторов семейства,
чю является «платой» за его предельно малый вес и габариты.
На точность, чувствительность и помехоустойчивость пеленгования
значительное влияние оказывают показатели радиоприемного тракта.
360
Глава 7
Рис. 7.60. Антенная система АС-ПП17
в развернутом состоянии и футляре для ее
переноски
Рис. 7.61. Носимый пеленга-
тор «Артикул-Н1» с антенной
системой АС-НП1 в рабочем
положении
Рис. 7.62. Зависимость чувствитель-
ности пеленгования от частоты для
АС-ПП17
Рис. 7.63. Зависимость средне-
квадратической ошибки пеленгования
от частоты для АС-ПП17
Поскольку для всех пеленгаторов семейства «Артикул» радиоприемный
тракт практически одинаков, то при близких размерах антенных реше-
ток чувствительность и точность стационарного, разворачиваемого, мо-
бильного и портативного пеленгатора оказываются практически одина-
ковыми. В качестве примера типовых характеристик на рис. 7.62 и 7.63
показаны зависимости чувствительности и точности пеленгования от ча-
стоты для радиопеленгатора с антенной системой АС-ПП17.
В отличие от других пеленгаторов семейства, носимый радиопе-
ленгатор «Артикул-Н1» имеет однолитерную конструкцию. Его АС оп-
тимизирована для диапазона радиочастот от 25 до 3000 МГц, име-
ет сравнительно небольшой диаметр. На рис. 7.64 и 7.65 приведены
зависимости точности и чувствительности радиопеленгатора «Артикул-
Hl» от частоты. Как видно из графиков, в рабочем диапазоне частот
этот пеленгатор имеет параметры, почти не уступающие параметрам
аппаратуры «Артикул-М4».
Пеленгование источников радиоизлучения
361
Рис. 7.65. Зависимость чувствитель-
ности пеленгатора «Артикул-Hl» от
частоты
Рис. 7.64. Зависимость СКО
пеленгования «Артикул -Н1» от
частоты
Характеристики по точности и чувствительности в низкочастотной
части рабочего диапазона у этого пеленгатора несколько хуже, чем у
остальных пеленгаторов семейства, что является «платой» за его пре-
дельно малый вес и габаритные размеры.
Малые габаритные размеры, вес и энергопотребление радиопри-
емных устройств АРК-ПС5 сделали возможным их установку непосред-
ственно в АС радиопеленгатора. Это обеспечивает существенные пре-
имущества по точности, чувствительности, помехозащищенности, удоб-
ству производства и эксплуатации.
Как известно, значение коэффициента шума кабеля практически
равно величине его затухания [78]. Следовательно, при достаточной
длине кабеля коэффициент шума будет весьма значительным. Если
радиоприемное устройство находится вне антенной системы, то обыч-
ный путь повышения чувствительности системы сводится к применению
МШУ, интегрированного в антенный элемент.
Как следует из рис. 2.18, увеличение коэффициента усиления МШУ
асимптотически уменьшает общий коэффициент шума системы до пре-
дельного значения, равному коэффициенту шума МШУ. Чем длиннее
кабель снижения, тем больший коэффициент усиления должен быть
у МШУ. Но, если коэффициент усиления выбрать слишком большим,
ю это приведет к значительному уменьшению динамического диапа-
зона приемного тракта.
Чтобы избежать подобного уменьшения динамического диапазо-
на, необходимо для каждого возможного затухания кабеля снижения
иметь МШУ с соответствующим коэффициентом усиления, что услож-
няет производство, так как расширяет номенклатуру необходимых ак-
1ивных антенных элементов. Если радиоприемное устройство встроено
в антенную систему, то имеем фиксированное затухание между АЭ и
радиоприемным устройством и в подобном расширении номенклатуры
и усложнении производства не возникает нужды.
В условиях высокой загруженности радиочастотного диапазона, ко-
|да сигналы в эфире имеют высокий уровень или занимают широкую
362
Глава 7
полосу частот, буферный усилитель может перейти в нелинейный ре-
жим. Чем больше коэффициент усиления МШУ, тем быстрее наступит
нелинейный режим, следовательно, вариант встроенного в антенную
систему приемника и здесь предпочтителен.
Антенный эффект в высокочастотных кабелях снижения существен-
но ухудшает точность и чувствительность пеленгования, поскольку за
счет наведенного сигнала нарушаются фазовые и амплитудные соотно-
шения в опорном и коммутируемом каналах приема. В случае встроен-
ного в антенную систему приемника по кабелям снижения передается
сигнал на сравнительно низкой промежуточной частоте. Устранение ан-
тенного эффекта обусловлено тем, что сигнал промежуточной частоты,
как правило, не равен частоте принимаемого сигнала, а кроме того, на
сравнительно низкой ПЧ улучшаются условия буферирования, умень-
шаются потери, что делает возможным передачу сигнала на большие
расстояния, до нескольких сотен метров. Предварительно отфильтро-
ванный сигнал промежуточной полосы с ограниченной полосой частот
технически проще усилить и передать без потерь, наводок, нарушения
неравномерности амплитудно-частотной характеристики и нелинейных
искажений по длинным кабелям снижения, чем широкополосный сиг-
нал высокой частоты. Относительно узкая полоса сигнала ПЧ позво-
ляет также организовать управление радиоприемным трактом по тем
же кабелям снижения.
Необходимо упомянуть еще один серьезный фактор, делающий
предпочтительным использование встроенного приемника. Он заклю-
чается в том, что появляется возможность использования недорогих
коаксиальных кабелей, что резко снижает стоимость аппаратуры без
снижения качества пеленгования.
Быстродействие и разрешающая способность по частоте также во
многом определяется радиоприемным трактом. В режиме многоканаль-
ного пеленгования радиопеленгатор последовательно перестраивается
по частоте от нижней границы до верхней границы задания. Шаг пе-
рестройки равен полосе пропускания радиоприемного тракта (полосе
мгновенного обзора). На каждой частоте настройки приемника устрой-
ство цифровой обработки производит вычисление пеленгов для всех
активных источников радиосигналов в полосе мгновенного обзора. При
этом наибольшее влияние на быстродействие радиопеленгатора ока-
зывает время настройки синтезатора частоты радиоприемного устрой-
ства. У радиопеленгаторов на базе преобразователя радиосигналов
АРК-ПС5 время настройки синтезатора частоты составляет менее 2 мс,
что делает возможным выполнять панорамный анализ со скоростью
не менее 3200 МГц/с и вычислять панораму пеленгов со скоростью
не менее 100 МГц/с.
Время развертывания, масса и габаритные размеры радиопелен-
гаторов относятся к важнейшим техническим характеристикам, влияю-
щим на сложность эксплуатации. Стационарный пеленгатор «Артикул-
Пеленгование источников радиоизлучения
363
С» является разворачиваемым устройством, причем масса его АС не
превышает 17 кг. Ее развертывание сводится к надеванию посадоч-
ного гнезда АС на хвостовик мачты до совмещения поперечных от-
верстий, закреплению антенны на мачте стопорным пальцем, разво-
роту траверс антенны на 90° до фиксации на основании блока. Ввиду
малой массы АС для ее установки могут использоваться легкие теле-
скопические мачты. Время разворачивания антенной системы радио-
пеленгатора «Артикул-С» не превышает 30 минут вместе с подъемом
телескопической мачты.
Основное отличие портативного пеленгатора «Аргикул-П» от ста-
ционарного «Артикул-С» состоит в особенностях конструкции его АС.
Для уменьшения габаритов первая литера АС имеет плоские антен-
ные элементы и облегченную конструкцию траверс, а вторая литера
выполнена съемной. Антенная система в сложенном состоянии вме-
сте с телескопической мачтой помещается в специальный пенал для
ручной транспортировки диаметром 360 мм и длиной 1300 мм. Об-
щий вес АС вместе с мачтой, пеналом, растяжками и анкерами не
превышает 15 кг. Время разворачивания вместе с подъемом мачты
не превышает 15 мин.
Для работы на мобильных станциях пеленгования используется ра-
диопеленгатор «Артикул-М». Существует два варианта исполнения его
АС: съемная АС-МП 17 с возможностью оперативной установки на крыше
автомобиля, как показано на рис. 7.58, и AC-MI16 в несъёмном обтека-
теле, являющимся частью конструкции автомобиля, как изображено на
рис. 7.57. Эти две АС имеют практически одинаковые характеристики
по точности и чувствительности пеленгования.
Поскольку антенная система АС-МП 17 имеет вес не более 28 кг,
она может быть установлена на крышу практически любого автомоби-
ля. Для этого в комплекте пеленгатора имеется специальный багажник,
который фиксируется на штатных местах крепления на крыше автомоби-
ля. Неоспоримое достоинство съемной АС заключается в том, что после
ее установки конструкция автомобиля не нарушается, радиопеленгатор
может быть оперативно смонтирован или демонтирован.
Радиопеленгатор «Артикул-Н1» предназначен для работы в носи-
мом варианте. Для его переноски одним оператором имеется спе-
циальный легкий станок, с наплечными лямками и поясным ремнем,
управление пеленгатором производится от карманного персонального
компьютера (КПК), как показано на рис. 7.61. Общий вес радиопелен-
гатора вместе со станком и системным кейсом «Аргамак-2К» не пре-
вышает 13 кг. Пеленгатор может также использоваться в мобильном
варианте. В этом случае его антенная система закрепляется на кры-
ше автомобиля при помощи магнитной подставки, как изображено на
рис. 7.59, для управления и отображения результатов может исполь-
зоваться КПК или ПЭВМ.
364 Глава 7
7.20. Коррекция ошибок пеленгования
в мобильных комплексах
Если антенная система расположена на крыше автомобиля, то в
результате вторичного излучения при отражении радиоволн от его ча-
стей ДН антенной системы искажается, что приводит к увеличению
ошибок пеленгования, которые на отдельных азимутах и частотах мо-
гут достигать 15... 20°.
Учет влияния корпуса автомобиля на ошибки пеленгования сводит-
ся к задаче дифракции электромагнитных волн на проводящих объектах.
Однако, если объект имеет сложную форму, теоретическое решение та-
кой задачи приводит к очень громоздким вычислениям. Кроме того,
теоретический расчет не всегда дает правильные результаты, посколь-
ку иногда просто невозможно учесть все индивидуальные особенности
формы и проводящих свойств автомобиля, например, размеры и точную
форму его окон, дверей, особенности поверхности крыши и т.п. Ситу-
ация еще больше усложняется, когда на носителе имеются элементы,
которые могут вызывать резонансные эффекты, например кронштейны
крепления АР, вентиляционные люки, антенны связных систем. Ошиб-
ки пеленгования на частотах резонанса могут превышать 30°. Поэтому
в условиях сильного влияния корпуса полезными оказываются методы
учета, основанные на использовании экспериментальных данных, сня-
тых для конкретной антенной системы на конкретном автомобиле.
Иногда для увеличения точности мобильного пеленгатора снима-
ются зависимости ошибок пеленгования от частоты сигнала. По по-
лученным значениям ошибок вносится поправка в пеленг. К сожале-
нию, подобный подход не всегда дает хорошие результаты, поскольку
ошибки пеленгования сигналов, приходящих с близких азимутов, часто
имеют противоположные знаки, зависимости пеленгов от частоты, по-
лученных при разных азимутах источника, пересекаются и дальнейшая
корректировка становится проблематичной.
На рис. 7.66 изображены зависимости пеленга от частоты сигнала,
полученные экспериментально для одного из реальных мобильных ком-
плексов. Как видно из рисунка, кривые пеленгов не только смещены
относительно истинных азимутов иногда более чем на 10°, но вдоба-
вок в диапазоне от 76 до 86 МГц для некоторых направлений еще и
пересекаются, что делает невозможным их использование для одно-
значной корректировки пеленга. Таким образом, наличие даже очень
тщательно снятых зависимостей не всегда обеспечивает правильную
коррекцию ошибок пеленгования.
Следовательно, исходными данными для коррекции должны вы-
ступать не результирующие кривые пеленгов, а первичная информа-
ция, по которой в алгоритме пеленгования вычисляются значения пе-
ленгов. Для методов пеленгования, использующих АР, такой первич-
ной информацией могут являться, например, многомерные амплитудно-
Пеленгование источников радиоизлучения
365
Рис. 7.66. Зависимости значений пеленгов от частоты и угла прихода сигнала
фазовые распределения поля на элементах АР или матрицы интерфе-
ренционных векторов.
Корреляционно-интерферометрический метод пеленгования, ис-
пользуемый в мобильных комплексах «Артикул М», заключается в оцен-
ке корреляции между TV-мерным амплитудно-фазовыми распределени-
ем сигнала, принятым АР и базовыми TV-мерными распределениями,
вычисляемыми аналитически с небольшим угловым шагом для направ-
лений прихода сигнала от нуля до 360°. За пеленг сигнала принимается
гот азимут, базовое распределением которого имело наибольшую кор-
реляцию с принятым распределением.
Для устранения влияния корпуса носителя в мобильных пеленга-
торах «Артикул-М1», «Артикул-Мб» используется практический метод,
заключающийся в том, что при расчете пеленгов в диапазонах частот,
для которых значения ошибок выходят за допустимые пределы, в каче-
стве базовых распределений используются калибровочные амплитудно-
фазовые распределения, экспериментально снятые для данного носи-
теля и хранящиеся в памяти вычислителя пеленгов.
Формирование банка данных калибровочных амплитудно-фазовых
распределений для мобильных панорамно-пеленгационных комплексов
проводится в несколько этапов:
• проведение оценочных измерений в рабочем диапазоне частот, вы-
явление интервалов частот, где наблюдается радиодевиация и ре-
зонансы корпуса носителя;
• устранение наиболее сильных резонансов корпуса носителя;
• проведение детальных измерений с записью значений калибровоч-
ных распределений;
• удаление ошибочных результатов;
• вычисление недостающих значений путем интерполяции по частоте
и азимуту, сглаживание и усреднение распределений;
• формирование файла банка данных калибровочных распределений.
Измерения проводятся на открытой ровной площадке без деревьев,
ручьев, водоемов, строений и телефонных и электрических линий. Раз-
меры площадки должны быть не менее чем 1000x1000 м. Из центра
366
Глава 7
Рис. 7.67. Тестовый гене-
ратор АРК-ТГ 1:7 — компакт-
диск с программным обес-
печением; 2 — выносной
пульт управления; 3 — сумка
для переноски; 4 — аккуму-
ляторный блок литания АРК-
ТГ1-БП; 5 — тестовый гене-
ратор АРК-1 Г1
площадки определяется несколько направлений (азимутов) с шагом не
более 6°. По этим направлениям на расстоянии около 150 м от центра
устанавливаются деревянные колышки. Первый колышек соответствует
северному направлению. Автомобиль размещается в центре площадки.
Для генерации радиосигналов должен использоваться сканирую-
щий генератор, например, программно управляемый тестовый генера-
тор АРК-ТГ1 (АРК-ТГЗ). Внешний вид генератора в комплекте с аккуму-
лятором и выносным пультом управления показан на рис. 7.67.
На первом этапе проводятся оценочные измерения точности пе-
ленгования в рабочем диапазоне частот. В ходе оценочных измерений
снимаются зависимости значений пеленгов от частоты для азимутов,
выбираемых со сравнительно большим угловым шагом, обычно от 15
до 30°. Шаг перестройки сканирующего генератора задается в пре-
делах от 2 до 5 МГц.
В ходе измерений генератор автоматически перестраивается по
частоте, а амплитудно-фазовое распределение на элементах АР со-
храняется в памяти компьютера с помощью технологической програм-
мы СМО-ТЕСТМК, которая одновременно управляет перестройкой ап-
паратуры'пеленгатора.
Далее с помощью специализированной программы СМО-КПК (кор-
рекция пеленгационных кривых), предназначенной для отображения за-
висимостей пеленгов от частоты и угла и формирования калибровочных
распределений, полученные зависимости представляются в виде диа-
грамм, которые анализируются с целью обнаружения возможных резо-
нансов и выбора диапазонов частот для которых необходима коррекция.
В качестве примера на рис. 7.68 показано окно программы СМО-
КПК, в котором представлены зависимости пеленгов от частоты и угла,
полученные в ходе испытаний одного из мобильных пеленгаторов. Из
рисунка видно, что система имеет резонанс на частоте около 80 МГц.
Если в ходе оценочных измерений выявлены сильные резонанс-
ные эффекты, то проводится поиск элементов конструкции носителя,
которые эти эффекты вызывают. Затем по возможности устраняются
Пеленгование источников радиоизлучения
367
Файл Вид Обработка Отчет Справка
288.00-
216 00-
144.00-
Г2.00-
15860
184 40-
Г 30000 40 60 ВО 1С0 120 140 160 180 200 220 240
HI и11111
260 гео
;F;\test\Test mkl 3 10 02' IrtdfMK? 0_3504ni
Йзимут 181: F-.\twt\Tetf mH 3 10 021181=40 300.dat
Рис. 7.68. Вид окон программы СМО-КПК
Азимут 230 . F:ttesflTetf rrf-,1 310(J2J2JJ=^SQp.def
: 192.80-
. 238.00-
21ССН>
- 144.00-
резонансы, например, за счет нескольких гальванических соединений
резонирующего элемента с шасси автомобиля.
На третьем, наиболее трудоемком этапе, для диапазонов частот,
в которых погрешности пеленгования превысили допустимые значения,
проводятся детальные измерения многомерных амплитудно-фазовых
распределений сигналов на АР. Измерения проводятся для каждого из
азимутов, расположенных по кругу с угловым шагом не более 6°. Шаг
по частоте выбирается в зависимости от плавности хода зависимостей
пеленгов, но, как правило, не больше чем 2 МГц.
Чтобы исключить влияние площадки, меняя угловую ориентацию
автомобиля, проводят несколько полных циклов измерений.
На пятом этапе полученные файлы амплитудно-фазовых распреде-
лений обрабатываются программой СМО-КПК. Устраняются ложные от-
счеты, вызванные, например, работой посторонних радиостанций. За-
тем проводится кубическая сплайн-интерполяция интерференционных
векторов, вначале по частоте, затем по азимуту, в результате формиру-
ются амплитудно-фазовые распределения с малым частотным и угло-
вым шагом. Чтобы уменьшить влияние случайных факторов, полученные
368
Глава 7
значения сглаживаются и усредняются. На последнем этапе формиру-
ется файл калибровки, который в двоичном формате хранит базовые
амплитудно-фазовые распределения.
Файл калибровки помещается в память контроллера, управляющего
работой аппаратуры комплекса, и, если включена опция корректиров-
ки пеленгов, автоматически используется контроллером для вычисления
пеленгов.
Рассмотрим в качестве примера результаты калибровки конкретно-
го мобильного комплекса «Артикул-М1» на базе автомобиля УАЗ. Осо-
бенностью комплекса является то, что помимо АР на правой стороне
крыши располагаются две антенны систем передачи данных, которые
вносят дополнительные погрешности.
На рис. 7.69 приведена зависимость СКО от частоты, полученная в
ходе оценочных измерений точности пеленгования комплекса.
Если по данным рис. 7.69 рассчитать СКО для диапазонов частот
40...100, 100 ..250 и 250...500 МГц, то получим:
°2o...ioo “
<7250...500
^100...250 “
= 6,6°;
С увеличением
частоты
1 ь’
ХЛ = 3’6°>
г=1
ошибки пеленгования
уменьшаются, но
только на частотах выше 250 МГц, точность пеленгования становится
приемлемой для решения практических задач.
На рис. 7.70 построена зависимость СКО пеленгования от ази-
мута прихода сигнала.
Если комплекс будет использоваться для оперативного поиска ис-
точников излучения по методу привода на объект, то наибольшее зна-
чение для практики имеет точность пеленгования для осевого направ-
СКО.град
12
8
4
0
100 200 300 400 500
Частота, МГц
Азимут, град
Рис. 7.70. Зависимость ошибки пе-
ленгования от направления прихода
сигналов
Рис. 7.69. Зависимость СКО опреде-
ления пеленга от частоты сигнала
Пеленгование источников радиоизлучения
369
ления. Из рисунка видно, что наименьшие ошибки пеленгования на-
блюдаются как раз в случаях прихода сигнала с направлений, близ-
ких к продольной оси автомобиля (0 и 180°) и не превышают 2,5°, что
вполне приемлемо для практической работы. Однако, если комплекс
также будет использоваться для работы в стационарном положении, то
необходимо иметь хорошую точность пеленгования для всех направ-
лений от нуля до 360°. Но, как видно из рис. 7.70, для углов, соот-
ветствующих диагоналям автомобиля, значение ошибок возрастает и
становится больше 6°.
Таким образом, оценочные измерения точности пеленгования ком-
плекса подтверждают необходимость его калибровки.
При калибровке комплекса для диапазона частот от 40 до 250 МГц
были получены экспериментальные амплигудно-фазовые распределе-
ния. Измерения проводились с шагом по частоте 2 МГц для 60 ази-
мутов, равномерно распределенных от 0 до 360°. В результате об-
работки полученных значений был сформирован калибровочный файл
амплитудно-фазового распределения с шагом по частоте 500 кГц и уг-
ловым шагом 1°. Повторные измерения СКО пеленгования комплекса с
включенной коррекцией ошибок приведены на рис. 7.71.
Среднеквадратические ошибки пеленгования для диапазонов ча-
стот от 40 до 100 МГц и от 100 до 250 МГц теперь имеют значения
^20...100 = 2,8°, (7100... 250 ~ 2,1°.
Таким образом, для диапазона частот от 40 до 250 МГц СКО пелен-
гования уменьшились более чем в три раза, что подтверждает работо-
способность рассмотренного метода коррекции. На рис. 7.72 построена
зависимость ошибки пеленгования от азимута прихода сигнала. Срав-
нение кривой на этом рисунке с кривой на рис. 7.71, показывает, что
в результате коррекции комплекс обеспечивает приемлемую точность
пеленгования практически для всех направлений от нуля до 360°.
Рис. 7.71. Зависимость СКО пеленгования от частоты сигнала
(режим с коррекцией)
Рис. 7.72. Зависимость ошибки пеленгования от направления
прихода сигналов (режим с коррекцией)
зги
Глава 7
7.21. Заключительные замечания
В настоящей главе рассмотрены основные понятия, используемые
в радиопеленговании, дан краткий исторический обзор развития пелен-
гационной техники, приведены классификация пеленгаторов и перечень
их основных технические характеристики.
Приведены соотношения, поясняющие принципы работы основных
типов пеленгаторов, используемых в настоящее время: систем на осно-
ве вращающейся направленной антенны, двухканальных автоматических
пеленгаторов (Ватсона-Ватта, Эдкока), квазидоплеровских систем, фа-
зовых интерферометров; корреляционных интерферометрических изме-
рителей. Показана предпочтительность корреляционно-интерферомет-
рических и моноимпульсных пеленгаторов для использования в задачах
автоматизированного радиомониторинга. Рассмотрены принципы ра-
боты корреляционного интерферометра с двумя и с одним радиоприем-
ным трактом.
Рассмотрены конструкции, технические характеристики и примене-
ния ручного пеленгатора АРК-РПЗ и автоматических пеленгаторов
«Артикул-М4», «Артикул-М1», «Артикул-МП», «Артикул-Мб» и «Арти-
кул-П».
Рассмотрены особенности конструкции и технические характери-
стики современных автоматических радиопеленгаторов семейства «Ар-
тикул», построенных на базе унифицированных модулей АРК-ПС5 и АРК-
ЦО5. В семейство автоматических радиопеленгаторов «Артикул» вхо-
дят стационарные, разворачиваемые, мобильные, портативные и но-
симые автоматические широкополосные двухканальные корреляцион-
ные интерферометры. Малые габаритные размеры и энергопотреб-
ление модулей преобразования радиосигналов делают возможным их
встраивание непосредственно в антенную систему, что повышает чув-
ствительность, точность и помехоустойчивость пеленгования, уменьша-
ет стоимость, дает возможность выноса антенной системы на несколько
сотен метров. Радиопеленгаторы семейства «Артикул» имеют весьма
малые массу и габаритные размеры, способны быстро разворачивать-
ся, монтироваться или демонтироваться, работать в широком диапа-
зоне температуры окружающей среды. Использование унифицирован-
ных модулей обработки сигналов, антенных элементов, коммутаторов,
систем вторичного электропитания повышает надежность, облегчает се-
рийное производство.
В заключительном подразделе обсуждается метод коррекции ра-
диодевиации для мобильного пеленгатора, приводится пример его при-
менения.
Глава 8
Системы радиомониторинга
и определения
местоположения источников
радиоизлучения
Развитие служб радиосвязи, радиовещания, телевидения, систем
беспроводной передачи данных, радиолокации и навигации требует со-
вершенствования методов управления радиочастотным ресурсом, кото-
рый, как известно, является ограниченным природным ресурсом, и его
рациональное использование имеет такое же значение для страны, как
и другие ресурсы, например земельный или водный. Управление радио-
частотным ресурсом должно стимулировать эффективное использова-
ние систем радиосвязи, беспроводных систем коммуникаций, внедре-
ние новейших радиоэлектронных технологий, развивать экономику и со-
действовать обеспечению обороны страны и правопорядка, охране жиз-
ни и здоровья граждан. Достижение перечисленных целей невозможно
без наличия стройной государственной системы управления, функции
которой заключаются в планировании, регламентировании и лицензи-
ровании использования радиочастотного ресурса и радиоэлектронного
оборудования; стандартизации и международного сотрудничества, про-
ведении исследований в области методов использования и управления
спектром. К важнейшим функциям системы управления радиочастот-
ным ресурсом относится радиомониторинг [190, 191].
Управление радиочастотным ресурсом и радиомониторинг должны
быть тесно связаны между собой, поскольку [190, 257]:
• управление устанавливает официальный список присвоенных ча-
стот для контроля излучений;
• управление дает сведения относительно полос частот, подлежащих
мониторингу и задач по контролю;
• радиомониторинг принимает от системы управления заявки на вы-
полнение конкретных задач, например поиск и идентификацию ра-
диопомех;
• в результате мониторинга проверяется занятость частот, подлежа-
щих присвоению;
372
Глава 8
• в ходе мониторинга измеряются параметры, проверяется техниче-
ское соответствие передатчиков установленным нормам, обнару-
живаются и локализуются нелицензированные передатчики или пе-
редатчики, параметры которых не соответствуют нормам.
8.1. Автоматизированная система
радиомониторинга
Справиться с возрастающим потоком все более сложных задач
без увеличения численности работающего персонала можно только пу-
тем использования современных технологий автоматизации управле-
ния. В настоящее время наиболее эффективные системы радиомонито-
ринга представляют собой иерархию национальных, федеральных, ре-
гиональных, фиксированных, удаленных и подвижных станций радиомо-
ниторинга, объединенных в единую компьютерную сеть, работа которой
происходит в реальном времени, с применением сложного программно-
го обеспечения, использующего технологию клиент-сервер [88, 91, 190,
191]. Использование автоматизированных систем повышает скорость
и точность выполнения измерительных задач, освобождает операторов
от выполнения рутинных работ, повышает производительность труда.
Кроме того, улучшается коэффициент использования измерительного
оборудования благодаря возможности постановки и решения многих за-
дач в автоматическом фоновом режиме, например задач по контролю
загрузки радиодиапазона, поиску радиопередатчиков, работающих без
лицензии, проверке параметров зарегистрированных средств.
В автоматизированной системе для осуществления радиомонито-
ринга могут использоваться три типа станций:
• стационарные (фиксированные) станции;
• подвижные (мобильные) станции;
• портативные (носимые) станции.
Стационарные станции радиомониторинга являются центральным
элементом - системы, как правило, они предназначены для работы в
крупных населенных пунктах или городах. В своей рабочей зоне стаци-
онарные станции позволяют проводить все измерения без ограничений
на площадь под рабочие места, в условиях, не подходящих для установ-
ки антенн, или с ограниченным электропитанием. Как правило, в пре-
делах одного крупного населенного пункта разворачивается несколько
стационарных станций. При этом одна из них назначается центральной
и работает под управлением операторов, а другие станции являются
дистанционно управляемыми и не требуют их постоянного присутствия.
Главный недостаток стационарных станций — это сам фаю, что их
местоположение строго определено, фиксировано, а по финансовым
причинам обычно эти станции нельзя установить в достаточном количе-
стве. Поэтому стационарные станции дополняют подвижными станция-
ми, которые в зависимости от назначения могут оборудоваться измери-
тельными приемниками или радиопеленгаторами. Подвижные станции
Системы определения местоположения ИРИ
373
контроля предназначены для проведения операций по контролю, где
малая мощность передатчиков, высокая направленность передающих
антенн, удаленность источника радиоизлучения делают невозможным
проведение измерений стационарными станциями.
Кроме того, в состав системы могут входить портативные сред-
ства, которые используются на стационарных или временных постах,
оборудованных или не оборудованных электропитанием, а также на от-
крытой местности. Небольшие вес и габаритные размеры портатив-
ных станций позволяют доставлять их вручную в места, недоступные
для автомобилей, например во внутренние помещения или на крышу
зданий. Такие станции необходимы для определения точного место-
положения источника помехи или для проверки на месте жалобы на
помехи от радиооборудования.
Как уже указывалось в гл. 1, каждая система радиомониторинга
должна иметь обязательный набор функций, без которого невозможно
решать задачи наблюдения за радиоэфиром. К таким универсальным
функциям, прежде всего, относятся:
• панорамный анализ в реальном времени с максимальными скоро-
стью и разрешающей способностью;
• быстрый поиск «новых» излучений и измерение их параметров, оп-
ределение степени их опасности (ценности) для пользователя пу-
тем сравнения с базой данных;
• создание, пополнение и гибкая настройка баз данных;
• контроль радиоканалов, прослушивание и запись демодулирован-
ных сигналов, технический анализ радиосигналов.
Кроме того, системы радиомониторинга могут обладать дополни-
тельной функциональностью для решения задач на местности. В этом
случае они должны:
• измерять напряженность поля радиосигналов штатных радио-
средств и новых ИРИ;
• пеленговать и определять местоположения ИРИ.
Вышеперечисленные функции необходимы для решения как задач
радиоэлектронной разведки, которая является важным направлением
деятельности военных и других силовых структур, так и для задач радио-
мониторинга, выполняемого гражданскими федеральными службами с
целью регулирования использования радиочастотного спектра.
Основное содержание радиоразведки состоит в обнаружении ра-
диоизлучений, установления географических координат их источников,
определении вида модуляции и измерения ее параметров, а также в
перехвате открытых, засекреченных и кодированных радиопередач [52].
В то же время, согласно рекомендациям Международного союза элек-
тросвязи (МСЭ), основными задачами гражданских служб, регулирую-
щих использование радиочастотного спектра, являются [188]: контроль
излучений на соответствие разрешениям по присвоению частот, наблю-
дение за использованием полосы частот и измерение занятости частот-
374
Глава 8
ных каналов, выявление источников радиопомех, пресечение деятель-
ности несанкционированных ИРИ.
Таким образом, многие задачи, решаемые в ходе радиомониторин-
га силовыми и гражданскими структурами, имеют сходный характер.
Фактически системы радиомониторинга и определения местоположе-
ния ИРИ, работающие в интересах силовых или гражданских ведомств,
должны опознавать ИРИ, определять их местоположение и основные
характеристики. При этом к общим задачам измерений можно отнести:
• измерение частоты;
• измерение ширины полосы;
• определение вида и измерение параметров модуляции;
• измерение занятости спектра;
• радиопеленгация и определение координат;
• измерения напряженности поля или плотности потока мощности.
Вопросы измерения параметров модуляции, несущей частоты, тех-
нического анализа и демодуляции радиосигналов были рассмотрены
в гл. 5, теоретические аспекты радиопеленгования и обзор аппара-
туры даны в гл. 7, а настоящая глава посвящена вопросам постро-
ения систем радиомониторинга и определения местоположения ИРИ,
а также особенностям стационарных, мобильных и портативных стан-
ций радиомониторинга.
8.2. Требования к системе
Прогресс цифровой вычислительной техники, космических средств
навигации, средств радиосвязи и других областей высоких технологий
решительным образом повлиял на развитие средств и систем изме-
рения координат источников радиоизлучения. Итогом стало появле-
ние автоматических территориально-распределенных систем радиомо-
ниторинга и определения местоположения ИРИ. Основные требования,
предъявляемые к таким системам, сводятся к следующему:
• обязательное наличие универсальных функций радиомониторинга;
• ошибка определения местоположения источника радиоизлучения в
пределах зоны охвата системы должна быть минимальной;
• в пределах рабочего диапазона частот система должна определять
местоположение источников радиоизлучения любого типа (с произ-
вольной шириной спектра занимаемых частот и видом модуляции);
• система должна обеспечивать измерение напряженности поля или
плотности потока мощности;
• система должна состоять из минимально возможного числа по-
стов наблюдения;
• посты наблюдения системы должны быть связаны в единую сеть
для автоматического определения местоположения источника ра-
диоизлучения;
• затраты на изготовление, развертывание и эксплуатацию такой си-
стемы должны быть, по возможности, минимальными.
Системы определения местоположения ИРИ
375
Как правило, рабочий диапазон частот системы должен охватывать
от 9 кГц до 3 ГГц, а в отдельных случаях до 18 или 40 ГГц.
Необходимое число станций радиомониторинга определяется пло-
щадью, рельефом и финансовыми возможностями служб, которым они
принадлежат. В идеальном случае любая точка контролируемой терри-
тории должна находиться в зоне действия по крайней мере двух радио-
пеленгаторов, обеспечивающих определение координат ИРИ. Однако в
этом случае число постов и стоимость системы недопустимо растут.
Поэтому более предпочтительным является подход когда в системе
радиомониторинга имеются стационарные станции, зона действия ко-
торых охватывает наиболее густонаселенные районы, мобильные стан-
ции, смонтированные на наземных, воздушных или водных транспорт-
ных средствах, и портативные станции, которые в необходимых слу
чаях могут быть быстро развернуты в нужных районах, в том числе в
труднодоступных местах.
Системы, удовлетворяющие перечисленным требованиям, могут
использовать два известных метода определения координат ИРИ:
• угломерный метод (при помощи радиопеленгаторов);
• разностно-дальномерный метод (гиперболические системы).
Угломерные системы определения местоположения источников ра-
диоизлучения содержат в своем составе радиопеленгаторы Так как
конкретное положение источника радиоизлучения неизвестно, приме-
няют два и более радиопеленгатора, расположенных в различных точ-
ках зоны действия системы.
Несомненным достоинством угломерных систем является то, что
прг- пеленговании квазинепрерывных ИРИ каждый из постов наблюде-
ния не требует точной синхронизации по времени с другими постами.
Другим достоинством подобных систем является небольшой объем ин-
формации, передаваемой от постов пеленгования на пост вычисления
координат. Такие системы обеспечивают повышенную живучесть — пол-
ная работоспособность сохраняется при снижении числа постов наблю-
дения до трех, а частичная — до двух.
Основные недостатки данных систем связаны с соответствующими
недостатками радиопеленгаторов, это:
• зависимость ошибки вычисления координат ИРИ от взаимного рас-
положения пеленгаторов и ИРИ в пределах зоны охвата системы;
• относительно высокая стоимость радиопеленгаторов, особенно с
широкодиапазонными антеннами с коэффициентом перекрытия по
частоте выше 10.
К тому же на точность пеленгования существенное влияние могут
оказывать вид модуляции и ширина спектра ИРИ. Для многоканальных
интерферометров это влияние практически отсутствует, тогда как для
квазидоплеровских радиопеленгаторов оно существенно.
В разностно-дальномерных системах (РДС) координаты ИРИ вычис-
ляются на основе измеренных значений временных задержек в распро-
376
Глава 8
странении радиоволн от ИРИ до постов наблюдения. Для таких систем
характерна независимость результатов от типа используемых антенн и
от вида поляризации радиоволны. Наилучшие результаты обычно дает
использование ненаправленных антенн. Это свойство РДС является их
главным преимуществом по отношению к угломерным системам.
Разность задержек между двумя постами наблюдения определяет
геометрическое место точек, в которых может быть расположен источ-
ник радиоизлучения, — гиперболу с фокусами в точках расположения
постов наблюдения, поэтому РДС еще называются гиперболическими.
Таким образом, число постов в РДС должно быть как минимум три, но
в этом случае при расположении источников в некоторых зонах про-
странства возможно возникновение двух (или более) решений системы
гиперболических уравнений. Введение четвертого поста наблюдения
вносит в систему необходимую достаточность и позволяет избавить-
ся от неоднозначности.
Существенным недостатком РДС является невозможность опреде-
ления местоположения источника немодулированного колебания. Кро-
ме того, точность определения местоположения источника зависит от
его модуляции, наилучшие результаты достигаются для источников с
остроконечной и быстроспадающей автокорреляционной функцией мо-
дулирующего сигнала.
В отличие от угломерных систем определения местоположения ис-
точников радиоизлучения для РДС необходима временная синхрони-
зация между всеми постами системы с точностью до 1СП8 с, которая
усложняет аппаратуру.
Наконец, в отличие от радиопеленгатора, результатом работы ко-
торого может быть только значение азимута, результатом одного поста
наблюдения в РДС должна быть выборка сигнала. Выборки сигналов
передаются со всех постов наблюдения на общий пост вычисления ко-
ординат, где определяются соответствующие задержки, а по ним и ме-
стоположение ИРИ. Поэтому в РДС объем информации, передаваемой
от постов наблюдения к посту вычисления координат, может оказаться
большим, чем в угломерной системе.
Таким образом, для организации территориально-распределенной
системы определения местоположения ИРИ с произвольными видами
модуляции более предпочтительными оказываются угломерные систе-
мы на основе радиопеленгаторов.
8.3. Структура системы
Организацию автоматизированной системы радиомониторинга и
определения местоположения ИРИ рассмотрим на примере стационар-
ной АРК-ПОМ1, мобильной АРК-ПОМ2, портативной АРК-ПОМЗ и ком-
бинированной системы АРК-ПОМ.
Системы определения местоположения ИРИ
377
Мобильная
периферийная станция ‘Аргумент”
Рис. 8.1. Система местоопределения источников радиоизлучения АРК-ПОМ1
Стационарные
периферийные станции "Арча"
Система АРК-ПОМ1 предназначена для работы в крупных городах
и промышленных центрах. Она состоит из стационарных станций АРК-
ССТ («Арча»), антенные системы которых развернуты на господствую-
щих высотах и крышах высотных зданий. Взаимодействие центральной
станции с периферийными выполняется по проводным, оптоволокон-
ным или радиоканалам с высокой пропускной способностью. Стаци-
онарные периферийные станции, как правило, являются дистанционно
управляемыми и не требуют постоянного присутствия операторов.
В состав системы АРК-ПОМ1 (рис 8.1) входят’
• стационарная центральная станция АРК-ССТ («Арча»);
• стационарные периферийные станции АРК-ССТ («Арча») — состав
тот же, что и на центральной станции или сокращенный;
• мобильные периферийные станции АРК-МС1 («Аргумент»);
• средства связи и передачи данных;
• аппаратура ручного пеленгования АРК-РПЗ, АРК-РП4 для уточнения
местоположения ИРИ на местности или в зданиях.
Мобильная система АРК-ПОМ2 состоит из мобильных централь-
ной и периферийных станций АРК-МС1 («Аргумент»), смонтированных
на подвижных носителях. Периферийные мобильные станции управля-
ются с центральной мобильной станции по радиоканалам с низкой или
средней пропускной способностью. Вследствие размещения радиоап-
паратуры на мобильных носителях система АРК-ПОМ2 может быстро
менять район своей работы, обеспечивая оперативное выполнение за-
дач радиомониторинга и местоопределения ИРИ.
В состав системы АРК-ПОМ2 (рис. 8.2) входят:
• центральная станция АРК-МС1 («Аргумент»);
• мобильные периферийные станции АРК-МС1 («Аргумент»);
378
Глава 8
Центральная станция
"Аргумент"
Мобильные периферийные
станции "Аргумент"
Периферийные станции
"Аргумент"
Рис. 8.2. Мобильная система АРК-ПОМ2
• средства связи и передачи данных;
• аппаратура ручного пеленгования АРК-РПЗ, АРК-РП4 для уточнения
местоположения ИРИ на местности или в зданиях.
Территориально распределенная система АРК-ПОМЗ предна-
значена для автоматизированного определения местоположения пере-
датчиков и радиомониторинга и состоит из быстроразворачиваемых по-
стов. Радиоаппаратура постов относится к семейству портативных мно-
гофункциональных средств, рассчитанных на ручную транспортировку
несколькими операторами. Подобные средства могут использоваться
на стационарных или временных постах, оборудованных или не обору-
дованных электропитанием, а также на открытой местности.
Система АРК-ПОМЗ предназначена для радиомониторинга, одно-
временного пеленгования и определения местоположения ИРИ. Она со-
стоит из центрального поста и одного или двух периферийных постов
на основе портативных пеленгаторов «Артикул-П».
В состав системы АРК-ПОМЗ (рис. 8.3) входят:
• центральная портативная станция «Арена»;
Рис. 8.3. Портативная система АРК-ПОМЗ
Системы определения местоположения ИРИ
379
• периферийные портативные станции «Арена»;
• средства связи и передачи данных между центральной и перифе-
рийными станциями;
• аппаратура ручного пеленгования для уточнения местоположения
ИРИ на местности или в зданиях.
Комбинированная система АРК-ПОМ. Возможно объединение
ipex рассмотренных систем в одной системе. При этом в ней могут
присутствовать стационарные, мобильные и разворачиваемые посты,
как показано на рис. 8.4.
Основное назначение системы — радиомониторинг в рабочем диа-
пазоне частот, одновременное или синхронное пеленгование ИРИ, оп-
ределение их местоположения, радиоконтроль заданных каналов.
Система АРК-ПОМ обеспечивает:
• оперативный поиск, обнаружение и определение местоположения
источников радиоизлучения;
• накопление информации и ведение базы данных по источникам;
• технический анализ и измерение параметров модуляции радиоиз-
лучений;
• перехват и регистрацию информационных сообщений;
• одноканальное и многоканальное пеленгование;
• одновременное (синхронное) пеленгование;
• сканирующий прием и многоканальный радиоконтроль;
• оценку напряженности электромагнитного поля;
• прочие функции, включая протоколирование загрузки исследуемо-
го диапазона.
Программное обеспечение системы АРК-ПОМ поддерживает про-
извольное число стационарных, разворачиваемых и мобильных постов
пеленгования, причем мобильные посты могут работать и в движении.
Центральная станция ’Арча" Стационарная периферийная
Рис. 8.4. Комбинированная система АРК-ПОМ
380
Глава 8
8.4. Организация управления
в системе
Обмен данными между стационарными постами. В системе
АРК-ПОМ периферийные посты пеленгования содержат средства связи
с центральным постом системы. Обмен данными между стационарными
постами системы осуществляется по высокоскоростным радиоканалам,
проводным или оптоволоконным линиям. Современные высокоскорост-
ные радиосистемы передачи данных работают в микроволновом диапа-
зоне волн и имеют скорость передачи данных от 10 Мбит/с и выше.
Система связи между постами системы АРК-Г1ОМ имеет два уров-
ня — программный и аппаратный. На программном уровне обеспечи-
вается единство интерфейса обмена между приложениями, выполня-
ющимися на ПЭВМ, входящих в систему. Аппаратный уровень опре-
деляет непосредственную физическую реализацию канала связи меж-
ду постами системы.
Программные приложения взаимодействуют через единый компо-
нент, разработанный специально для систем АРК-ПОМ и аналогичных
им. Этот компонент включается во все приложения и реализует про-
токол соединения и разъединения, обмена данными между приложе-
ниями. Компонент построен поверх протокола TCP/IP (Transport Control
Protocol / Internet Protocol), что позволяет приложениям стандартно вза-
имодействовать между собой независимо от их физического размеще-
ния. Приложения могут находиться на одном компьютере, в локальной
или глобальной вычислительной сети, обмениваясь информацией по ка-
белю или радиоканалу. При работе на одном компьютере компонент
позволяет полностью имитировать работу в сети без установки сетевых
средств и протокола TCP/IP за счет использования для обмена данны-
ми файлов, отображаемых в память. Конфигурация системы (имена,
адреса, порты взаимодействующих приложений) настраивается через
ini-файл, что позволяет гибко перестраивать систему. Стандартизован-
ные протоколы обмена верхнего уровня позволяют создавать системы
из уже существующих приложений.
Для передачи данных используется смешанный текстово-бинарный
протокол обмена. В этом протоколе часть данных передается от при-
ложения к приложению в виде текстовых сообщений, что удобно для
просмотра и контроля сетевого трафика, остальные данные пересыла-
ются в виде бинарных пакетов, ассоциированных с соответствующими
текстовыми сообщениями. Такой метод обмена данными позволяет су-
щественно снизить загрузку сети по сравнению с чисто текстовым про-
токолом.
Все стационарные станции системы АРК-ПОМ объединяются в ло-
кальную вычислительную сеть по протоколу TCP/IP. На физическом
уровне связь с удаленными стационарными постами может строиться
на основе нескольких стандартов, например на базе радио-Ethernet, ра-
ботающего в диапазоне 2400...2483,5 МГц по стандарту IEEE 802.11b.
Системы определения местоположения ИРИ
381
Скорость обмена по такому протоколу составляет от 2 до 11 Мбит/с.
Дальность связи определяется различными факторами и при использо-
вании направленных антенн реально составляет 5... 15 км без использо-
вания дополнительных усилителей и до 40 км при использовании до-
полнительных усилителей.
Конфигурация аппаратуры радиосвязи связи зависит от числа ста-
ционарных постов и зоны охвата системы. Относительно простая си-
стема, состоящая из трех стационарных постов (одного центрально-
го и двух удаленных), может использовать беспроводные каналы типа
«точка-точка». При такой организации связи к ПЭВМ поста управле-
ния подключаются два адаптера беспроводной сети. Каждый из этих
адаптеров позволяет ПЭВМ поста управления поддерживать беспровод-
ное соединение с ПЭВМ поста пеленгования, оснащенной аналогичным
адаптером. В этом случае используются направленные (параболиче-
ские) антенны как на центральном, так и на удаленном посту. Преиму-
ществами такой системы являются ее относительно низкая стоимость,
небольшая излучаемая мощность за счет использования направленных
антенн на обоих концах канала связи. К недостаткам относятся необхо-
димость установки двух адаптеров в ПЭВМ поста управления, нерацио-
нальное использование дорогостоящего радиочастотного ресурса.
В системах, состоящих из трех и более постов, для связи целе-
сообразно использовать каналы типа «точка-многоточка». В этом слу-
чае связная аппаратура удаленных постов остается без изменений, в
то же время центральный пост оборудуется либо точкой множествен-
ного доступа на адаптере беспроводной сети с назначением ПЭВМ по-
ста управления сервером радиодоступа, либо беспроводным мостом
или маршрутизатором. Преимуществом сервера радиодоступа явля-
ется его относительно низкая стоимость, а недостатком — увеличение
нагрузки на ПЭВМ поста управления. Преимущество беспроводного
моста — более высокое быстродействие беспроводной сети. В случае
использования каналов типа «точка-многоточка» антенна центрального
поста делается всенаправленной, что требует более высокой мощно-
сти передающей аппаратуры.
Обмен данными с мобильными и разворачиваемыми постами.
Для обмена данными с мобильной станцией упомянутые выше высоко-
скоростные системы практически неприменимы ввиду отсутствия пря-
мой видимости и невозможности использования направленных антенн,
поэтому здесь находят применение низкоскоростные системы радио-
связи — автономные узкополосные радиосистемы передачи данных со
скоростью передачи данных от 9600 до 40000 бит/с или радиомоде-
мы сотовых систем радиосвязи. Например, в качестве варианта орга-
низации устойчивой радиосвязи между центральным стационарным и
мобильными постами можно предложить базовую станцию ParagonPD+
для стационарного поста и мобильные модемы GeminiPD+ для подвиж-
ных станций. При использовании ненаправленных антенн, что необхо-
382
Глава 8
Рис. 8.5. Антенна радиомодема
Рис. 8.6. Радиомодем в защитном
кожухе
димо для работы мобильной станции в движении, дальность действия
такой системы связи близка к расстоянию прямой видимости. При вы-
соте антенны стационарного поста 30 м и высоте антенны на мобильной
станции 3 м дальность радиосвязи составляет 20...30 км.
Многие радиостанции коммерческого и военного назначения имеют
внешние модемы для передачи цифровых данных. В качестве приме-
ра можно привести отечественные радиостанции семейства «Акведук
Р168Е», встроенные модемы которых способны передавать цифровые
данные со скоростью до 16000 бит/с. Номенклатура специализиро-
ванных узкополосных низкоскоростных радиомодемов, пригодных для
использования в портативной системе, также весьма широка, например
для этой цели подходят радиомодемы IntegraTR или Т 96SR. В этом слу-
чае типовое расстояние между постами составляет 3...10 км, зависит
от мощности используемых радиомодемов и, как правило, ограничено
прямой видимостью между постами.
На рис. 8.5 показан развернутая на складной мачте антенна ра-
диомодема периферийного поста. Для увеличения дальности действия
используется направленная антенна, а радиомодем TR-965SR в защит-
ном кожухе (рис. 8.6) закреплен на основании мачгы, что обеспечивет
минимальную длину ВЧ кабеля, а следовательно, минимальные потери
сигнала.
Особенность использования низкоскоростных радиоканалов.
Узкополосные радиомодемы, как правило, используют симплексный или
полудуплексный метод передачи, при котором невозможно одновре-
менно передавать и принимать информацию. Поэтому возникает до-
полнительное снижение скорости за счет времени вхождения в связь
при смене направления передачи данных от центрального поста к пе-
риферийному посту и наоборот. Типовое время вхождения в связь для
узкополосных радиомодемов составляет 30.,.250 мс.
Для передачи данных при помощи узкополосного радиомодема в
системе АРК-ПОМ применяется протокол пакетной передачи данных,
Системы определения местоположения ИРИ
383
реализующий метод селективного повтора SR (Selective Repeat). В про-
токоле учтены основные особенности узкополосной радиолинии’
• линия обеспечивает последовательную передачу данных;
• используется симплексная или полудуплексная передача;
• вхождение в связь и изменение направления передачи занимает
существенное время;
• при приеме возможно искажение отдельных байтов.
Особенностью протокола является то, что данные передаются кад
рами, состоящими из большого числа пакетов ограниченной длины.
В каждом пакете передается его номер и контрольное значение (Cyclic
Redundance Check — CRC) принятого пакета. По принятым данным кон-
трольное значение пакета вновь вычисляется. Если вычисленное CRC
не совпадает с исходным, то пакет бракуется. После окончания кадра
направление передачи меняется: приемная сторона посылает в обрат-
ном кадре подтверждение о приеме, которое содержит номера паке-
тов с ошибками. В этом же кадре помещаются другие данные, За
счет такого объединения уменьшается количество вхождений в связь.
Затем передача неверно принятых пакетов повторяется. Если ошибок
нет, то передача кадра считается завершенной. При отсутствии под-
тверждения о приеме кадра в течение заданного промежугка време-
ни (тайм-аута) после передачи передающая сторона вторично посыла-
ет данный кадр. При работе в сети кадр, передаваемый центральным
постом, дополнительно содержит маркер, разрешающий ответ радио-
модему с заданным номером.
Протокол селективного повтора увеличивает пропускную способ-
ность радиолинии. Например, при организации радиолинии протяжен-
ностью 5 км при помощи модемов T-96SR скорость передачи пеленгов
достигла 5-8 пеленгов в секунду, т.е. возросла почти в два раза по
сравнению с блочным протоколом, в котором без подтверждения мо-
жет передаваться только один пакет. Выходная мощность передатчика
модема 5 Вт, скорость передачи 19200 бит/с, на приемной и пере-
дающей стороне использовались направленные антенны с коэффици-
ентом усиления 6 дБ.
Для организации обмена данными в системе при помощи узкопо-
лосных радиомодемов используется радиосеть с топологией «звезда»,
изображенная на рис. 8.7.
Периферийные посты могут обмениваться данными только со сво-
им центральным постом Специальное математическое обеспечение
панорамного пеленгационного комплекса СМО-ППК, работающее на
ПЭВМ центрального поста, имеет диспетчерские функции управления
удаленными постами радиоаппаратуры на основе протокола TCP/IP.
Программа СМО-РМС (специальное математическое обеспечение ра-
диомодемной связи) преобразует данные протокола TCP/IP в протокол,
пригодный для передачи данных по узкополосной радиолинии. ПЭВМ
384
Глава 8
Рис. 8.7. Управление периферийными постами по узкополосным
радиомодемам
центрального поста управляет работой системы, отображает и обра-
батывает информацию, поступающую от других постов. По командам,
поступающим от центрального поста, программа-контроллер перифе-
рийного поста управляет работой своей радиоаппаратуры и отправляет
данные ПЭВМ-диспетчеру.
Использование радиомодемов сотовых систем радиосвязи.
В случае если район действия системы АРК-ПОМЗ находится в зоне
покрытия системы сотовой радиосвязи, радиообмен между постами
можно осуществлять с ее помощью. Подобное решение имеет опре-
деленные преимущества:
• нет необходимости оформлять разрешение на использование диа-
пазона радиочастот и закупать дорогостоящие узкополосные ра-
диомодемы;
• как правило, радиооборудование имеет очень малый вес и габа-
ритные размеры;
• дальность действия определяется зоной покрытия системы сотовой
радиосвязи.
Имеются и недостатки:
• необходимость оплаты услуг оператора сотовой связи;
Системы определения местоположения ИРИ
385
• зависимость системы АРК-ПОМЗ от работоспособности сотовой
системы радиосвязи и ее зоны покрытия.
В настоящее время наиболее распространенными являются систе-
мы сотовой радиосвязи стандарта GSM. В простейшем случае в ка-
честве модема может использоваться мобильный телефон, имеющий
функцию передачи двоичных данных. По кабелю RS 232 или через
инфракрасный интерфейс такой телефон подключается к ПЭВМ или
непосредственно к блоку аналого-цифровой обработки Однако более
предпочтительным представляется вариант использования специальных
GSM-модемов. Такие модемы не имеют «ненужных» эпеменгов типа
клавиатуры, цветного дисплея и фотокамеры, но также поддерживают
стандартный набор АТ-команд, которые позволяют использовать их для
передачи данных, как и обычные мобильные телефоны.
Несмотря на активное развитие технологии GPRS (General Packet
Radio Service), в настоящее время более надежным вариантом переда-
чи данных по сети GSM все еще остается режим передачи данных с
коммутацией каналов. К недостаткам GPRS следует отнести непосто-
янную среднюю скорость передачи данных, которая зависит от степени
загруженности сотовой сети. На практике скорость передачи данных
обычно колеблется в пределах 900...6000 бит/с, а иногда падает до
нуля. Кроме того, требуется наличие сервера с известным сетевым
адресом для соединения по протоколу TCP/IP.
Режим передачи данных с коммутацией каналов позволяет орга-
низовать передачу данных типа «точка-точка» между двумя объектами
в реальном времени При этом скорость передачи данных, если со-
единение состоялась, равна пропускной способносги голосового канала
(9600 бит/с). По сравнению с использованием узкополосных радиомо-
демов GSM модем имеет преимущество — он реализует дуплексный
метод передачи, при котором передача и прием могут вестись одно-
временно, что вдвое повышает пропускную способность канала.
В качестве возможного варианта можно предложить оснащение
станций двумя системами передачи данных— на базе сотовых радиомо-
демов и на базе автономных радиомодемов. Такой вариант совмеща-
ет достоинства использования сотовых радиомодемов с автономностью
работы системы, необходимой в случае выхода из строя или блокиро-
вания системы сотовой радиосвязи.
Таким образом, в системе АРК-ПОМ возможны три варианта орга-
низации радиообмена между постами
• при помощи высокоскоростных радиомодемов, проводных или
оптоволоконных линий, со скоростью передачи данных выше
1000 Кбит/с;
• при помощи низкоскоростных радиомодемов, работающих авто-
номно;
• при помощи радиомодемов сотовых систем радиосвязи.
13—5729
386
Глава 8
Центральная станция АРЧА
Системы определения местоположения ИРИ
387
Рис. 8.9. Управление по разветвленной топологии
Предпочтителен вариант, когда связь между стационарными поста-
ми осуществляется по высокоскоростным каналам связи, связь с мо-
бильными или разворачиваемыми постами — по радиоканалам с низки-
ми скоростями передачи данных. На рис. 8.8 представлена обобщенная
структурная схема связи комбинированной системы АРК-ПОМ. Перифе-
рийные стационарные станции управляются с центральной станции по
трем разновидностям каналов связи проводным, оптоволоконным и
высокоскоростным радиоканалам. Мобильные и портативные станции
управляются при помощи радиомодемов сотовых систем или автоном-
ных радиомодемов. Изображенная на рисунке система управления име-
ет топологию «звезда», т.е. все периферийные станции связаны только с
центральной станцией. Возможны и другие, более сложные топологии,
например на рис. 8.9 показан вариант построения подобной системы.
Организация управления в системе определяется в конечном счете
конкретными условиями, в том числе территорией и рельефом мест-
ности, степенью развития инфраструктуры, задачами, которые должна
решать система, стоимостью системы и т.д.
8.5. Стационарная станция «Арча»
Стационарная станция «Арча» состоит из нескольких постов.
• пост № 1. Комплекс радиомони горинга и пеленгования «Артикул-
М4» со стационарной антенной системой для установки на мачту;
• пост № 2. Панорамное радиоприемное устройство: одноканальное
«Аргамак» или многоканальное АРК-РД8М или (при необходимости
измерения параметров штатных радиосредств) панорамное изме-
рительное радиоприемное устройство АРК-Д1ТР «Аргамак-И» или
«Аргамак-ИМ» с набором измерительных антенн;
388
Глава 8
• пост № 3. Многоканальный комплекс радиоконтроля АРК-РД8;
• пост № 4. Аппаратура АРК-КН картографии и навигации;
• носимая аппаратура измерения и контроля параметров штатных
радиосредств — носимый измерительный комплекс АРК-НКЗИ на
основе приемника панорамного измерительного «Аргамак-И» или
«Аргамак-ИМ»;
• носимая аппаратура для уточнения местоположения ИРИ на мест-
ности или в зданиях — ручные пеленгаторы АРК-РПЗ, АРК-РП4;
• средства связи и передачи данных;
• общесистемное оборудование.
Периферийные станции «Арча» могут иметь тот же состав, что и
центральная станция, или сокращенный состав. Центральная и перифе-
рийная станции, как правило, отличаются структурой математического
обеспечения для подсистемы обработки, картографии и документиро-
вания данных и общесистемным оборудованием. Структурные схемы
стационарной и периферийных станций «Арча» приведены на рис. 8.8.
Здесь показана структура центральной станции, состоящей из четырех
постов, и структуры периферийных станции, состоящих из трех постов.
Рассмотрим основные компоненты станции. Жестким требованиям,
связанным с необходимостью пеленгования широкополосных сигналов
со сложными видами модуляции и кратковременных сигналов, отвеча-
ют только два типа пеленгаторов — двухканальные и моноимпульсные
корреляционные интерферометры. Ранее отмечалось, что реализация
моноимпульсных пеленгаторов сопряжена с большими материально-
техническими затратами, поэтому основной тип автоматических пелен-
гаторов, использующихся на станциях «Арча» и «Аргумент», — двухка-
нальные корреляционные интерферометры.
В стандартной конфигурации стационарные станции «Арча» систе-
мы АРК-ПОМ1 обеспечивают решение задач радиомониторинга в диа-
пазоне 25...3000 МГц и определения местоположения ИРИ с точностью
до 1,5...2 % по дальности. Возможно расширение диапазона принима-
емых частот для радиомониторинга вниз до 9 кГц и вверх до 18 ГГц.
Пеленгование в этих дополнительных диапазонах выполняется ручными
пеленгаторами АРК-РПЗ (0,3...3000 МГц), АРК-РП4 (1...8 ГГц) и на ос-
нове преобразователя АРК-КНВ4, имеющего встроенную направленную
антенную систему в диапазоне от 3 до 18 ГГц.
Основой станции является пост № 1, построенный на базе пеленга-
тора «Артикул-М4» со стационарной выносной антенной системой АС-
МП4 на мачте, устанавливаемой на крыше здания или возвышенном
месте. Высота установки антенной системы определяет радиус зоны
электромагнитной доступности (ЭМД) станции и достоверность контро-
ля ИРИ. Двухканальное ЦРПУ пеленгатора «Артикул-М4» конструктивно
совмещено с кольцевой антенной системой. Поэтому принятые радио-
сигналы с выходов двух каналов передаются по ВЧ кабелям на сравни-
тельно низкой ПЧ Это дает возможность использовать кабели длиной
Системы определения местоположения ИРИ
389
до нескольких сотен метров. Сигналы на ПЧ поступают на вход двухка-
нального блока аналого-цифровой обработки, размещенного на посту
№ 1 в помещении станции.
На рис. П11 и П12 цветной вклейки показаны примеры размещения
антенных систем радиопеленгатора «Артикул-М4» стационарной стан-
ции «Арча».
На рис. П13 показан пример рабочего места оператора поста № 1,
совмещенного с постом № 4, на центральной станции «Арча». Рабочее
место оператора оборудовано двумя ПЭВМ. К одной ПЭВМ подключе-
на аппаратура «Артикул М4», вторая ПЭВМ используется для решения
задач определения местоположения источников и отображения элек-
|ронной карты местности.
Оператор поста № 1 управляет работой аппаратуры радиопелен-
ювания. Кроме того, если в станции нет поста № 4, то оператор по-
ста № 1 определяет местоположение источника радиоизлучения при
помощи цифровой карты.
Пост № 2 построен на базе панорамного приемника «Аргамак», ко-
юрый выполняет быстрый панорамный анализ для поиска новых ИРИ
или ИРИ, представляющих особый интерес для оператора. В тех случа-
ях, когда необходимы измерения напряженности поля и параметров ра-
диосигналов, используются сертифицированные измерительные пано-
рамные приемники АРК-Д1ТР или «Аргамак-И» и комплект измеритель-
ных антенн.
Пост № 3 предназначен для многоканального автоматизированно-
го радиоконтроля, в его составе имеется многоканальное панорамное
радиоприемное устройство АРК-РД8М. Эти многоканальные радиопри-
емные устройства рассматривались в гл. 4.
Пост № 4 - это пост картографии и навигации. Он использует-
ся для расчета координат запеленгованных ИРИ и отображения их на
электронной карте. Кроме того, на электронной карте можно отобра-
жать распределение напряженности электромагнитного поля, зоны уве-
ренного приема, показывать местоположение стационарных станций и
траекторию движения мобильных станций системы АРК-ПОМ. Следует
отметить, что при совмещении поста № 4 с постом № 1 программное
обеспечение поста пеленгования СМО-ППКи поста картографии и нави-
гации СМО-КН может работать как на отдельных ПЭВМ (см. рис. П13),
так и на одной быстродействующей ПЭВМ.
Все радиоприемные устройства станции имеют выходы аналоговой
промежуточной частоты 10,7 или 41,6 МГц для подключения дополни-
тельной аппаратуры демодуляции или декодирования.
В минимальной конфигурации каждая из станций «Арча» содержит
только один пост № 1, при этом на ПЭВМ этого поста решаются задачи
всех постов, в том числе расчет местоположения источника радиоизлу-
чения и его отображение на картографическом фоне.
390
Глава 8
Важной особенностью программного обеспечения станции «Арча»
является возможность дистанционного управления аппаратурой ее по-
стов по протоколу TCP/IP, что позволяет организовать периферийные
станции по «безлюдной» технологии. При дистанционном управления
задачей центральной станции системы АРК-ПОМ является управление
работой удаленных станций — контроллеров по вычислительной сети,
т.е. диспетчерские функции по отношению к «контроллерам». В за-
дачи «диспетчера» входит запуск контроллеров на постах пеленгова-
ния, передача на контроллеры заданий на спектральный анализ, обна-
ружение и пеленгование сигналов, взятие выборок сигналов для тех-
нического анализа, запись демодулированных сигналов и их копиро-
вание на центральную станцию, перезапуск «контроллеров» в случае
возникновения сбоев.
На рис. П14 показано окно программы-диспетчера СМО-ППК, ко-
торая управляет работой трех станций с постами пеленгования, два
из которых — удаленные необслуживаемые, а третий входит в состав
центрального поста системы.
Для окончательного решения задачи местоопределения ИРИ с тре-
буемой для практических задач точностью (до дома, квартиры и т.п.) в
состав стационарной станции могут входить ручные пеленгаторы АРК-
РПЗ. Если требуется измерение параметров радиосредств с выездом
в район их размещения, то дополнительной аппаратурой может быть
носимый измерительный комплекс АРК-НКЗИ [86].
Необходимым оборудованием станции «Арча» являются средства
связи и передачи данных. Количество и номенклатура данных средств
определяются топологией управления системы АРК-ПОМ.
К общесистемному оборудованию станции относятся антенно-мач-
товые устройства и система электропитания, которые будут рассмотре-
ны ниже. Другое общесистемное оборудование, обычно используемое
на станциях, рассмотрено в справочнике [188], мы рекомендуем заин-
тересованному читателю обратиться к этой книге.
8.6. Мобильная станция «Аргумент»
Ранее отмечалось, что мобильные средства существенно расширя-
ют диапазон задач по контролю, определению местоположения источ-
ников радиоизлучения, делают выполнимыми задачи, которые трудно
или даже невозможно осуществить стационарными средствами. При-
меры таких задач: обнаружение ИРИ и контроль уровня побочных излу-
чений на границах контролируемой зоны, определение зоны действия
системы подвижной радиосвязи, нахождение точного местоположения
ИРИ в условиях перегруженности диапазона, обнаружение и контроль
параметров сигналов, которые используют направленные передающие
антенны.
Состав радиооборудования станции определяется решаемыми за-
дачами и зависит от габаритов автомобиля-носителя. Если станция
Системы определения местоположения ИРИ
391
Рис. 8.10. Мобильная станция «Ар|умент»: а — с базовым комплексом «Ар-
1Икул-М», имеющим две антенные системы; б — с антенной системой АС-МП6
под обтекателем и рупорной антенной на диэлектрической мачте; в — на ба-
ле автомобиля УАЗ; г — с двумя антенными системами (автомобиль «Соболь»)
монтируется на базе микроавтобуса, то с учетом небольшой площа-
ди его салона в составе станции допустимо иметь два или три поста.
Внешний вид станций и типовое расположение оборудования в техни-
ческом отсеке показаны на рис. 8.10 и 8.11.
В максимальной конфигурации мобильная станция «Аргумент» мо-
жет содержать следующее оборудование:
• пост № 1. Базовый комплекс «Артикул-М» с двумя антенными си-
стемами: антенной системой АС-МП 1 под радиопрозрачным об-
текателем — локальным (рис. 8.10,л) или АС-МП6 на всю крышу
автомашины (рис. 8.10,6) и разворачиваемой антенной системой
АС-МП4 или АС-ПП17для установки на мачте (см. гл. 7). При пере-
мещениях станции разворачиваемая антенная система размещена
в заднем отсеке автомашины;
• пост № 2. Панорамное радиоприемное устройство: одноканальное
«Аргамак» или многоканальное АРК-РД8М (см. гл. 2 и 4), при необ-
ходимости измерения параметров штатных радиосредств — сер-
тифицированные измерительные панорамные радиоприемные уст-
392
Глава 8
Рис. 8.11. Расположение
оборудования в техническом
отсеке: 1 — выносная антен-
ная система; 2— блок управ-
ления питанием 220 В; 3 —
эвапоратор кондиционера (в
кожухе); 4 — компрессор кон-
диционера; 5 — блок пита-
ния АРК-БПСТ; 6 — блок пи-
тания АРК-УБП12; 7 — огне-
тушитель автоматической си-
стемы пожаротушения; 8 —
тубус телескопической мач-
ты; 9 — электробензогенера-
тор; 10 — катушка с про-
водом заземления
роиства АРК-Д1ТР [9], «Аргамак-И» [5] или «Аргамак-ИМ» [6] с сер-
тифицированным преобразователем радиосигналов АРК-КНВ4 [10]
и измерительной антенной на диэлектрической мачте, устанавли-
ваемой на кузове автомашины или на площадке рядом с автомаши-
ной;
• пост № 3. Многоканальный комплекс радиоконтроля АРК-РД8;
• пост № 4. Аппаратура АРК-КН1 картографии и навигации;
• носимая аппаратура измерения и контроля параметров штатных
радиосредств — носимый измерительный комплекс АРК-НКЗИ на
основе измерительного панорамного приемника «Аргамак-И» или
«Аргамак-ИМ»;
• носимая аппаратура для уточнения местоположения ИРИ на мест-
ности или в зданиях — ручные пеленгаторы АРК-РПЗ, АРК-РП4;
• средства связи и передачи данных;
• общесистемное оборудование.
Возможная организация станции, состоящей из трех постов, пред-
ставлена на рис. 8.12.
Первый пост предназначен для решения задач панорамного обна-
ружения, многоканального и одноканального пеленгования, техническо-
го анализа сигналов и ведения баз данных, оценки напряженности элек-
тромагнитного поля в полосе частот от 25 МГц до 3 ГГц. Основа поста —
мобильный комплекс «Артикул-М» с двумя антенными системами.
Системы определения местоположения ИРИ
393
Рис. 8.12. Структурная схема аппаратуры мобильного комплекса
«Аргумент»
Второй пост комплекса базируется на цифровом панорамном из-
мерительном приемнике АРК-Д1ТР, или «Аргамак-И» («Аргамак-ИМ»),
или многоканальном панорамном радиоприемном устройстве с повы-
шенной производительностью АРК-РД8М. Последний обеспечивает вы-
полнение задач панорамного обнаружения, технического анализа сиг-
налов, измерения напряженности поля, записи сигналов на промежу-
।очной частоте и демодулированных сигналов на жесткий диск ПЭВМ
в полосе частот от 9 кГц до 18 ГГц (при наличии соответствующих ан-
(енн и преобразователя АРК-КНВ4). Для точного измерения напряжен-
ности поля используется измерительная антенна, устанавливаемая на
выносной штатив или диэлектрическую телескопическую мачту с по-
воротным устройством. Возможен вариант установки телескопической
мачты непосредственно на кузов автомобиля.
394
Глава 8
Третий пост комплекса содержит аппаратуру многоканального ра-
диоконтроля АРК-РД4 или АРК-РД8 и предназначен для решения за
дачи автоматизированного многоканального радиоконтроля сигналов в
заданных участках рабочего диапазона частот, а также записи демоду-
лированных сигналов на жесткий диск ПЭВМ.
Радиоприемные устройства всех постов имеют выходы аналоговой
промежуточной частоты 10,7 или 41,6 МГц для подключения дополни-
тельной демодулирующей или декодирующей аппаратуры.
ПЭВМ постов объединены в локальную сеть. Аппаратура второго
поста может работать без участия оператора, измерительный прием-
ник в этом случае будет управляться по программе СМО-ППК на ПЭВМ
первого поста, которая имеет для этого необходимые сетевые возмож-
ности. Возможно также перераспределение задач между постами таким
образом, чтобы задачи навигации вместе с отображением электронной
карты выполнялись на ПЭВМ первого поста. Предусмотрена передача
заданий на пеленгование и перехват с поста № 2 на посты № 1 и № 3.
В сокращенной конфигурации в составе станции имеется два по-
ста — пост № 1 и пост № 2, при этом аппаратура АРК-КН1 картографии
и навигации и электронная карта устанавливаются на первом посту. В
этом случае, кроме непосредственной обработки радиосигналов и их
пеленгования на посту решаются навигационные и картографические
задачи по расчету координат источников, отображению на электронной
карте траектории движения комплекса, местоположения источников ра-
диоизлучения, распределения напряженности поля.
В минимальной конфигурации в составе станции имеется только
пост № 1, объединенный с постом № 4.
Эффективность и качество решения задач радиомониторинга опре-
деляется не только тактике-техн и чески ми характеристиками радиопри-
емного, измерительного и пеленгационного оборудования, но и обще-
системным оборудованием станции. От того, насколько удачно ском-
понован автомобиль, надежна система электропитания, имеются ли си-
стемы кондиционирования воздуха и вентиляции, удобны рабочие ме-
ста операторов и есть ли место отдыха, во многом зависит успех вы-
полнения поставленной задачи. Поэтому общесистемному оснащению
станции должно уделяться серьезное внимание.
Рассмотрим пример возможной компоновки мобильной станции
«Аргумент» на базе микроавтобуса «Газель». Схема размещения обору-
дования представлена на рис. 8.13. Отметим, что могут быть исполь-
зованы и автомобили других марок, например «Форд», «фольксваген»,
«Мерседес», «Хюндай» или аналогичные им.
Автомобиль мобильной станции радиомониторинга «Аргумент» кон-
структивно представляет собой фургон с цельнометаллическим кузовом
и плоской металлической антенной платформой на крыше, закрытой
радиопрозрачным обтекателем.
Системы определения местоположения ИРИ
395
Рабочее место Рабочее место
оператора № 2 оператора № 1
Технический Рабочее место Кабина водителя
отсек оператора 3
Рис. 8.13. Схема размещения оборудования мобильной станции «Аргумент»
Внутреннее пространство автомобиля разделено на чри отсека: са-
лон водителя (кабина), салон операторов (три рабочих места) и техни-
ческий отсек. Кабина водителя от салона операторов отделена свето-
непроницаемой шторой, которую при необходимости можно сдвинуть в
сторону. В автомобиле сделана дополнительная тепловая и звуковая
изоляция, усилен пол и потолок, имеются системы кондиционирова-
ния и отопления, работающие в движении и на стоянке. Технический
отсек от салона операторов отделен сплошной перегородкой. В мо-
юрном и техническом отсеках автомобиля встроена система автома-
1ического пожаротушения.
Дверь в боковой части салона распашная. По сравнению со сдвиж-
ной дверью, которой комплектуются штатно микроавтобусы «Газель»,
распашная дверь для станции радиомониторинга предпочтительна, так
как, во первых, она меньше сдвижной по площади, что дает возмож-
ность более эффективного использования салона, во-вторых, при ее
открывании и выходе оператора наружу салон автомобиля не просмат-
ривается, что немаловажно при решении специальных задач.
Внутри салона операторов установлены угловой стол на два рабо-
чих места, кресло на поворотной тумбе с регулируемой спинкой, ди-
ван, откидной стол на одно рабочее место, откидное сиденье, дополни-
!ельная полка для документов и мелких вещей, вешалка для одежды,
полка для документов.
Угловой стол смонтирован в салоне операторов слева по ходу ма-
шины. Он крепится к кузову на болтах через резиновые амортизирую-
щие подушки. Поворотное кресло установлено в передней части салона
операторов у углового стола. Диван установлен в задней части салона
у перегородки технического отсека. Он имеет багажное отделение и
предназначен для сидения нескольких человек или как место для сна.
В салоне операторов внизу слева вдоль борта автомобиля проходит
iy6yc для транспортировки телескопической мачты. Отверстие тубуса
открывается в технический отсек.
396
Глава 8
Рис. 8.14. Лючок для подключения внешних антенных вводов: а — защитный
козырек поднят; б — защитный козырек опущен
б)
Радиоаппаратура закреплена в специальной стойке слева внизу у
первого рабочего места под угловым столом.
Для крепления ПЭВМ используются специальные планшеты, уста-
навливаемые на столах рабочих мест. При помощи планшета ПЭВМ
удерживается на столе, при этом ее экран жестко фиксируется под за-
данным углом. Для удобства пользователя планшет оборудован мест-
ным освещением (см. рис. П15).
Автомобиль оснащен двумя кондиционерами с распределением
воздушных потоков по рабочим местам. Также имеется дополнительный
отопитель салона и электрообогреватель, автомобильный холодильник,
светильники местного освещения.
Стекла в салоне операторов тонированные, обеспечивающие не-
прозрачность снаружи в дневное время суток. Для скрытой работы
в ночное время суток стекла салона операторов закрываются непро-
зрачными шторами. Откидной стол расположен по правому борту ав-
томобиля у двери. В открытом положении фиксируется при помощи
наклонного упора. Дополнительное откидное сиденье установлено в
правой передней части салона операторов. В сложенном состоянии
притягивается к стенке ремнем. Под откидным сиденьем находится
автомобильный холодильник.
В кузове, с левой стороны по ходу автомобиля, расположен лючок
кабельного ввода, позволяющий подключать выносные антенные систе-
мы (рис. 8.14). Кабельный ввод оборудован складным козырьком для
защиты разъемов от атмосферных осадков.
Справа по ходу автомобиля в кузове имеется лючок с замком для
подключения внешнего напряжения питания 220 В, 50 Гц.
В техническом отсеке размещаются блок управления питанием 220
В; автономная электростанция; источник вторичного электропитания,
состоящий из блоков АРК-УБП12 и АРК-БПСТ; распределительная ко-
робка; резервная аккумуляторная батарея; климатическая установка с
трансформатором 220/12 В и выпрямителем; выносная антенная пе-
ленгационная система; набор автомобильных инструментов и принад-
Системы определения местоположения ИРИ
397
нежностей; штырь и катушка с проводом заземления; ящик с изме-
рительными антеннами на полке.
Для удобства работы в темное время суток в техническом отсеке
предусмотрено подключение переносного светильника.
Справа в техническом отсеке предусмотрено место для перевоз-
ки разворачиваемой пеленгаторной антенны типа АС-МП4. внизу слева
выходит отверстие тубуса для транспортировки телескопической мачты
длиной 9 ..15 м. В рабочем положении мачта крепится на специальных
кронштейнах к кузову автомобиля.
8.7. Портативная станция «Арена»
Портативная станция автоматизированного радиомониторинга
«Арена» относится к классу портативных многофункциональных средств,
которые рассчитаны на ручную транспортировку одним, двумя или тре-
мя операторами. Подобные средства могут использоваться на стаци-
онарных или временных постах, оборудованных или не оборудованных
электропитанием, а также на открытой местности. Портативные стан-
ции могут быть быстро развернуты в местах, недоступных или трудно-
доступных для средств транспорта — в горах и условиях бездорожья
Кроме того, они могут использоваться в городских условиях в качестве
временных станций, при этом их антенные системы могут быть быстро
развернуты на крышах зданий или на других сооружениях.
В состав портативной станции «Арена» входят:
Рис. 8.15. Антенная система
АС ПП7 пеленгатора «Артикул П»,
установленная на крыше
здания
Рис. 8.16. Антенная система АС-
П[ 17 пеленгатора «Артикул-П” и
радиомодем, развернутые в полевых
условиях
398
Глава 8
Рис. 8.17. Структурная схема портативной станции «Арона»
• портативный панорамный радиопеленгатор «Артикул-П» или «Арти-
кул-ПН», состоящий из разворачиваемой антенной системы
(рис. 8.15), двухканального цифрового радиоприемного устройства
и блока аналого-цифровой обработки (см. гл. 7);
• система передачи данных, включающая радиомодем с антенной
(рис. 8.16);
• система электропитания;
• ПЭВМ типа ноутбук с программным обеспечением и электронными
цифровыми картами местности;
• устройство навигации АРК-КН1 для определения географических
координат поста.
Структурная схема станции представлена на рис. 8.17.
Портативная станция может работать как под управлением опера-
торов, так и в режиме дистанционного управления по узкополосным
линиям радиосвязи (см. разд. 8.4).
Имеются два варианта организации дистанционно управляемых по-
стов. Первый вариант — состав периферийного совпадает с составом
центрального поста. В этом случае пост работает под управлением
ПЭВМ и способен выполнять весь возможный набор функций радио-
мониторинга и пеленгования, как и центральный пост. Во втором ва-
рианте в состав периферийного поста не входит ПЭВМ. В этом слу-
чае узкополосный радиомодем подключается непосредственно к блоку
аналого-цифровой обработки. Пост работает под управлением внут-
реннего микропрограммного обеспечения блока. Подобное решение
имеет свои достоинства и недостатки.
Системы определения местоположения ИРИ
399
К достоинствам можно отнести:
• уменьшение сложности эксплуатации периферийного поста, так как
в его составе нет ПЭВМ, работающей, как правило, в сравнительно
узком диапазоне температуры и влажности окружающей среды;
• снижение электрической мощности, потребляемой аппаратурой по-
ста;
• упрощение переноски и развертывания поста;
• пониженные требования к квалификации обслуживающего пер-
сонала.
К недостаткам второго варианта относится:
• ограниченное число выполняемых функций, поскольку аппаратура
управляется микропрограммным обеспечением;
• необходимость использования узкополосных радиомодемов,
управляемых по протоколу RS-232;
• в случае выхода из строя центрального поста, периферийный пост
не сможет принять на себя выполнение его функций.
Какой из двух вариантов является предпочтительным, определяется
спецификой задач, которые должна решать система.
8.8. Технические характеристики
станций системы АРК-ПОМ
Нижняя граница рабочего диапазона частот обнаружения и автома-
1ического пеленгования средств АРМ традиционно лежит в диапазоне
20...25 МГц, что связано с необходимостью контроля станций диапа-
зона 27 МГц. Верхняя граница автоматического пеленгования опреде-
ляется практическими потребностями пользователя и может составлять
1000, 2000, 3000 или 8000 МГц.
Дальнейшее повышение верхней частоты пеленгования до 18 ГГц
выполняется на основе амплитудного метода пеленгования с исполь-
зованием выносного преобразователя радиосигналов АРК-КНВ4, раз-
мещаемого на мачте с поворотным устройством, дистанционно управ-
ляемым из салона автомашины.
Реальная инструментальная точность пеленгования 0,5...3°, точ-
ность местоопределения примерно 1,5...2 % по дальности до ИРИ.
11рактически реализуемая чувствительность при пеленговании по диа-
пазону лежит в пределах 0,5...30 мкВ/м, что согласуется с показателями
аналогичных зарубежных комплексов. Скорость спектрального анализа
при полосе пропускания приемника 5 МГц и двух каналах приема co-
с. 1авляет около 3000 МГц/с, скорость получения панорамы пеленгов на
уровне чувствительности радиопеленгатора около 300 МГц/с. Основные
характеристики некоторых станций радиомонинторинга и пеленгования
системы АРК-ПОМ приведены в табл. 8.1.
400
Глава 8
Таблица 8.1
Сравнительные характеристики станций системы АРК ПОМ
Характеристика Стационарная станция «Арча» Мобильная станция «Аргумент» Портативная станция «Арена»
Тип РПУ Панорак Рабочий диапазон, МГц: базовый комплект полный комплект Скорость спектрального анализа, МГц/с Дискретность спектра, кГц Динамический диапазон, дБ Чувствительность по входу приемника в полосе 12 кГц, мкВ nt Рабочий диапазон, МГц: базовый комплект полный комплект Скорость пеленгования, МГц/с Полоса сигнала, МГц Чувствительность по полю, мкВ/м Инструментальная точность (СКО), град. Многоканал Число каналов Чувствительность в полосе 12 кГц, мкВ Скорость спектрального анализа, МГц/с 1ный анализ (п 25...3000 0,009.. 3000 6,25 менгование (п< АС на мачте 25...3000 25...8000 300 0,5...25 0,5...3 ьный радиокон 8 2 24000, 64000 «Аргамак» ост № № 1, 2) 25...3000 18000 (пост 2) 3000 6,25 75 1 эст № 1) 25...3000 25...8000 (АС на крыше автомашины); 25... 18000 (АС на мачте) 300 Произвольная 1...30 (АС на крыше автомашины); 0,5...25 (АС на мачте) 1...30 (АС на крыше автомашины); 0,5...25 (АС на мачте) 'троль (пост № 3) 4, 8 2 24000, 64000 24...1300 25...3000 1200 3,125 АС на мачте 25... 1300 25...3000 150 1...25 0,5...3
8.9. Перспективная национальная
система радиомониторинга
В предыдущих разделах настоящей главы были рассмотрены воз-
можные варианты построения территориально распределенных систем
радиомонинторинга. состав аппаратуры стационарных, мобильных и
портативных станций. При этом предполагалось, что используется ап-
паратура производства ЗАО ИРКОС. Существование подобных систем,
содержащих оборудование от одного производителя возможно в рамках
отдельного района или области. Если же говорить о построении систем
Системы определения местоположения ИРИ
401
для региона или отдельной страны, то, как правило, следует прини-
мать во внимание очевидные факторы, связанные с необходимостью
использования радиоконгрольного оборудования разных фирм В то
же время изученные выше варианты системы АРК-ПОМ будут входить
в региональную или национальную систему в качестве составных ча-
стей. В настоящем разделе рассмотрены возможные пути построения
системы радиомониторинга, интегрирующей радиоконтрольное обору-
дование различных производителей и пригодной для использования в
масштабах региона или отдельной страны [91, 190, 191].
Иерархический принцип управления. Рассмотренная выше си-
стема АРК ПОМ может входить составной частью в более сложную
иерархическую систему, охватывающую несколько городов, федераль-
ный округ или страну в целом. Очевидно, что в любом случае структура
управления в автоматизированной системе должна соответствовать ор-
ганизации управления в административной службе, в интересах которой
она функционирует [91, 190, 191, 257].
В соответствии с основными положениями Федерального закона
«О связи» в Российской Федерации радиоконтроль за радиоэлектрон-
ными средствами гражданского назначения осуществляется Радиоча-
стотной службой. Во всех федеральных округах РФ организованы и
действуют радиочастотные центры (РЧЦ) федеральных округов. Дея-
тельность этих центров направлена на обеспечение надлежащего ис-
пользования радиочастот, радиоэлектронных средств (РЭС) и высоко-
частотных установок (ВЧУ) промышленного или медицинского назна
чения. Радиочастотные центры обеспечивают рациональное частотно-
территориальное планирование, производство и учет радиочастотных
присвоений, РЭС, ВЧУ и пользователей радиочастот, решают задачи
радиоконгроля согласно зонам территориальной ответственности дей-
ствующих в их составе подразделений радиоконтроля
Радиочастотные центры федеральных округов имеют филиалы, рас-
положенные, как правило, в крупных городах— центрах субъекюв РФ
В состав филиалов РЧЦ помимо административных структур входят
станции радиомониторинга (радиоконтрольные пункты), оснащенные
оборудованием для проведения радиоизмерений. Таким образом, ин-
фраструктура радиочастотной службы построена по иерархическому
принципу, как показано на рис. 8.18. На верхнем уровне находится
федеральный РЧЦ. а ниже филиалы РЧЦ в регионах, а еще ниже — от-
дельные станции радиомониторинга.
Для обеспечения централизованного управления автоматизирован-
ная система также должна строиться по иерархическому принципу, при
котором каждый нижний уровень системы работает под управлением
узла вышестоящего уровня. Система должна быть масштабируемой,
способной работать при появлении новых узлов или уровней. Про-
граммное обеспечение узла — сервер радиоконтроля (РК), располо-
женный на более высоком уровне, должен иметь возможность полу-
402
Глава 8
Рис. 8.18. Структурная схема организации РЧЦ федерального округа
чения информации, хранящейся на подконтрольных серверах РК, а так-
же оперативный доступ к их аппаратуре радиоконтроля (при наличии
канала связи с достаточной пропускной способностью). При этом для
обеспечения быстрого реагирования на местные условия должна сохра-
няться возможность выполнения задач радиоконтроля, инициированных
на нижних уровнях иерархии, с возможностью контроля результатов их
выполнения на верхнем уровне.
Структура управления в автоматизированной системе представле-
на на рис. 8.19. Возможны три варианта управления в системе. В пер-
вом варианте вышестоящий сервер РК управляет только подчиненны-
ми серверами, во втором — сервер РК управляет только подключен-
ной к нему измерительной аппаратурой, наконец, в третьем вариан-
те сервер радиоконтроля должен управлять подчиненными серверами
и подключенной к нему аппаратурой. Например, сервер РК, террито-
риально размещенный в центральном здании филиала РЧЦ, управляет
серверами РК, расположенными на стационарных станциях радиомони-
Рис. 8.19. Структурная схема автоматизированной системы радиомониторинга
Системы определения местоположения ИРИ
403
торинга. В свою очередь сервер РК стационарной станции управляет
измерительной аппаратурой, находящейся станции. Кроме того, к ста-
ционарной станции могут быть приданы мобильные или носимые сред-
ства радиомониторинга. В этом случае сервер РК стационарной стан-
ции помимо подключенной к нему измерительной аппаратуры управляет
сервером РК мобильной или носимой станции.
Функции и архитектура сервера радиоконтроля. Основные
функции, которые должен выполнять сервер РК:
• выполнять задачи радиоконтроля в ручном (интерактивном), авто-
матическом (программном) и фоновом режимах;
• предоставлять пользовательский интерфейс для постановок задач
радиоконтроля, контроля процесса их выполнения, отображения
результатов, формирования отчетов по результатам работы;
• осуществлять постановку типовых задач РК на дистанционно управ-
ляемых постах радиоконтроля в рамках иерархической системы;
• управлять измерительным оборудованием на стационарных, мо-
бильных и портативных станциях радиоконтроля.
Чтобы повысить унификацию программного обеспечения, упрос-
тить развертывание, сопровождение и обслуживание автоматизирован-
ной системы, целесообразно применять на всех ее узлах однотипные
унифицированные серверы РК. В состав каждого сервера РК должна
входить типовая база данных радиоконтроля (БД РК), которая является
универсальным средством хранения данных в системе радиомонито-
ринга. Структура типовой БД РК едина для всех серверов, но ее напол-
нение зависит от уровня иерархии, на котором находится сервер. Ба-
за данных обеспечивает передачу результатов вверх по иерархической
лестнице от удаленных серверов на верхние уровни системы, содержит
информацию о территориально частотном плане для данного района,
необходимую для выполнения задач радиомониторинга. Наличие БД РК
позволяет серверу РК выполнять задачи радиоконтроля, поставленные
сервером РК более высокого уровня, даже в тех случаях, когда между
ними нет постоянно действующей линии электронного обмена данными.
Помимо БД РК в составе сервера РК имеются программные под-
системы (блоки), основными из которых являются подсистемы.
• администрирования;
• оперативной работы;
• типовых задач радиоконтроля;
• формирования отчетов;
• картографии и навигации;
• сбора данных.
Структурная схема сервера РК представлена на рис. 8.20.
Блок администрирования обеспечивает редактирование полей,
таблиц и справочников БД РК, задание сценария работы сервера РК,
определяемого уровнем его иерархии, доступной аппаратурой и соеди-
нениями с другими серверами.
404
Глава 8
Дpyi не серверы
радиоконтроля
Рис. 8.20. Структурная схема сервера РК
Блок оперативной работы предоставляет оператору доступ к вы-
бранной измерительной аппаратуре, подключенной к данному серверу
РК или другим серверам, обеспечивает выполнение измерений и ви-
зуализирует их результаты измерений в реальном времени, сохраняет
задания и результаты измерений в базе данных.
Блок типовых задач радиоконтроля обеспечивает формирования
заданий на типовые задачи радиоконтроля и планирование их выпол-
нения; отправку заданий на подчиненные серверы РК и измерительную
аппаратуру; контроль выполнения заданий; поддержку многозадачной
работы по приоритетам, включая фоновый режим; отображение и ре-
дактирования результатов; обмен информацией с базой данных.
Блок формирования отчетов предоставляет интерактивный интер-
фейс формирования отчетов и осуществляет формирование типовых
отчетов по результатам выполнения задач в формате распространен-
ных офисных приложений, например MS-Word или MS-Excel, при этом
имеется возможность настройки форм отчетов.
Блок картографии и навигации обеспечивает визуализацию на кар-
те результатов решения типовых задач радиоконтроля: обнаруженных
источников радиоизлучения, распределения напряженности поля и т.д.,
Системы определения местоположения ИРИ
405
отображает местоположения станций радиомониторинга и источников
радиоизлучения в реальном времени
Блок сбора данных предназначен для контроля и анализа результа-
тов выполнения задач радиомониторинга на серверах РК нижних уров-
ней для случаев, когда они инициировались непосредственно на этих
уровнях.
Отметим, что количество блоков, входящих в состав сервера, может
меняться, модульное построение программного обеспечения разрешает
добавление новых модулей с новыми функциональными свойствами.
Интеграция разнотипного измерительного оборудования.
Проблемой, препятствующей созданию масштабной территориально-
распределенной автоматизированной системы радиоконтроля, являет-
ся использование радиочастотной службой радиоизмерительного обо-
рудования разных производителей, которое не только различается по
своим техническим и метрологическим характеристикам, но и имеет
различные протоколы управления
Программное обеспечение, поставляемое производителем аппара-
туры, как правило, позволяет решать задачи радиоконтроля примени-
тельно только к своему виду оборудования. В то же время в радиоча-
стотных службах в настоящее время имеется парк вполне работоспо-
собных приборов, приобретенных у различных производителей, и, сле-
довательно, необходима интеграция разнотипных средств измерений в
структуре автоматизированной системы. Кроме того, подобная инте-
грация дает возможность использования сильных сторон той или иной
аппаратуры, снижает опасность монополизма конкретного произво-
дит ел я.
Возможный вариант построения системы с разнотипным обору-
дованием основан на обмене данными между модулем программного
обеспечения (драйвера аппаратуры) и остальной системой через БД
РК. Задачи на измерения поступают в БД РК, драйвер аппаратуры дол-
жен осуществлять поиск в БД РК в ожидании поступления новых задач.
Результаты выполнения поставленных задач также сохраняются в БД
РК. Таким образом, модуль драйвера аппаратуры работает непосред-
ственно с БД РК, при появлении новой задачи он выполняет необходи-
мые для ее решения действия с аппаратурой, результаты своей работы
драйвер также заносит в БД РК
К сожалению, у предложенного варианта имеется несколько суще-
ственных недостатков. Во-первых, каждый производитель драйвера ап-
паратуры обязан знать структуру БД РК. В базе данных должны иметь-
ся записи, предназначенные для обработки и хранения данных, полу-
ченных от определенной аппаратуры. Использование аппаратуры но-
вых производителей вызовет появление дополнительных промежуточ-
ных таблиц, структура БД будет усложняться.
Во-вторых, при любом изменении структуры БД, например при по-
явлении новых типовых задач радиомониторинга, потребуется обраще-
406
Глава 8
ния к производителю драйвера аппаратуры для внесения изменений в
код драйвера, что может быть не всегда возможным.
В-третьих, предоставление информации о структуре БД сторонним
организациям не всегда желательно.
В-четвертых, обмен данными с аппаратурой производится через
БД, что неизбежно снижает производительность системы и реализо-
вать такие возможности, как наблюдение спектра сигнала в реальном
времени, становится вовсе проблематичным.
Более перспективный подход основан на разделении процессов ра-
боты с аппаратурой и с БД РК. Работой аппаратуры по-прежнему непо-
средственно управляет драйвер аппаратуры, но работу с БД осуществ-
ляет другое программное обеспечение — модуль транслятора задач.
При этом, учитывая территориально распределенный характер системы,
транслятор задач передает запросы в драйвер аппаратуры и получает
результаты измерения по сетевому протоколу.
В этом случае производитель драйвера аппаратуры обязан обес-
печить работу своего модуля по данному протоколу, который не при-
вязан непосредственно к структуре БД, а зависит только от измери-
тельных задач. По сути драйвер аппаратуры в этом случае только
лишь исполняет роль конвертора команд, переводящего запросы транс-
лятора задач во внутренние команды обмена с аппаратурой по про-
токолу производителя.
Структура управления аппаратурой представлена на рис. 8.21.
При такой организации системы модуль транслятора задач может
обращаться к разным модулям драйверов аппаратуры, используя один
и тот же унифицированный протокол. В этом случае при изменении
структуры БД РК или при появлении новых типовых задач необходи-
мо внести изменения только в модуль транслятора задач, изменить
комбинацию запросов к модулю драйвера аппаратуры, необходимую
для решения задачи. Изменения в драйвер аппаратуры при этом не
вносятся, необходимости обращения к производителю драйвера аппа-
ратуры не возникает.
Блок автоматического
Рис. 8.21. Раздельная работа с БД и измерительной аппаратурой
Системы определения местоположения ИРИ
407
Модуль транслятора задач осуществляет поиск в БД РК в ожида-
нии появления новых задач. Транслятор задач РК осуществляет по-
стоянный мониторинг БД РК. При появлении новой задачи радиокон-
троля транслятор считывает ее параметры из БД РК и формирует по-
следовательность команд унифицированного протокола, соответствую-
щие поступившей задаче. При получении результатов измерений от
драйвера аппаратуры транслятор задач записывает значения измерен-
ных параметров БД РК
При необходимости работы с быстродействующей аппаратурой в
реальном времени (например, при контроле особенностей спектра сиг-
нала) модуль транслятора задач предоставляет возможность блоку опе-
ративной работы отправлять запросы в драйвер аппаратуры и получать
от него ответы. При этом БД РК не используется, а управление про-
изводится по унифицированному протоколу.
В задачи сервера РК входит предоставление оператору пользова-
тельского интерфейса для постановки типовых задач радиоконтроля,
запись этих задач в БД РК, обработка результатов проведенных изме-
рений для их решения. На этом уровне производится расчет всех стати-
стических величин, расчет загруженности радиочастот, идентификация
ИРИ по параметрам излучаемых ими сигналов и т.п.
Взаимодействие сервера РК с другими узлами сводится к синхро-
низации БД РК на данном пункте РК и на других узлах. Синхрониза-
ция производится с помощью программного обеспечения сервера РК.
Кроме того, для непосредственного управления радиоизмерительной
аппаратурой ПО сервера РК предоставляет другим узлам канал прямо-
го управления радиоизмерительной аппаратурой по унифицированному
протоколу через транслятор задач.
Такое подход обеспечивает возможность однотипного управления
аппаратурой различных производителей, упрощает построение и сопро-
вождение автоматизированной системы.
Унифицированный протокол управления аппаратурой. Для то-
го чтобы разработать унифицированный протокол управления радиоиз-
мерительной аппаратурой, необходимо выделить типовые измеритель-
ные задачи, которые должна выполнять аппаратура. При этом следует
стремиться, чтобы эти задачи были как можно более простыми, то-
гда задача разработчика программного обеспечения драйвера аппа-
ратуры также упростится.
Как известно, основными задачами измерений на станциях радио-
мониторинга, являются [188]:
• измерения напряженности поля или плотности потока мощности;
• измерение частоты;
• измерение ширины полосы;
• определение вида и измерение параметров модуляции сигналов;
• измерение занятости спектра (оценка загруженности канала);
• радиопеленгация.
408
Глава 8
К результатам радиотехнических измерений, как правило, прила-
гаются дополнительные данные, например географические координа-
ты места проведения измерений, время и дата проведения измерений,
высота подвеса измерительной антенны, азимут главного лепестка диа-
граммы направленности в случае использования направленной антенны
и т.д.
Измерение напряженности поля проводится с использованием из-
мерительных калиброванных антенн, в случае отсутствия калиброван-
ных антенн измеряется уровень сигнала на входе приемника. Мето-
дика измерений напряженности поля сигнала и его гармоник одинако-
ва. Поэтому операции измерения параметров поля на частоте несущей
или на гармониках можно свести к одной типовой измерительной зада-
че — измерению напряженности поля в заданной полосе на заданной
частоте и заданным методом.
Измерение ширины полосы данного излучения сводится к опять же
одной измерительной задаче — измерению ширины полосы заданным
методом, например методом X дБ.
Задачи измерения параметров модуляции сигнала: измерение глу-
бины модуляции, девиации фазы и частоты сводится к более общей
задаче определения вида модуляции и измерения ее параметров.
Для решения задачи занятости спектра необходимо получение
спектрограмм сигналов в заданном диапазоне или измерение уровней
сигналов на заданных частотах и в заданной полосе. При этом спектро-
граммы сигнала могут соответствовать полосе обработки сигнала при
данной частоте настройки радиоприемной аппаратуры, или «сшиваться»
из кусков при последовательной перестройке приемника.
Задача радиопеленгования может выполняться как для одного вы-
бранного сигнала, так и для сигналов в заданной полосе частот. При
этом вместе с пеленгами возможно определение других необходимых
параметров сигналов, например, частоты, вида модуляции и т.д.
Кроме того, к основным задачам измерений следует добавить из-
мерение поляризации сигналов, поскольку поляризация относится к па-
раметрам, которые регламентируются в территориально частотном
плане.
Таким образом, на основе основных задач измерений можно полу-
чить список первичных измерительных задач сформируем список пер-
вичных измерительных задач:
1) измерение напряженности поля сигнала (напряженности поля
гармоник и субгармоник);
2) измерение уровня сигнала (уровней гармоник и субгармоник);
3) измерение частоты излучения;
4) определение вида и параметров модуляции сигнала;
5) измерение пеленга;
6) измерение ширины полосы излучения;
7) получение спектрограммы сигнала;
Системы определения местоположения ИРИ
409
8) получение временной выборки сигнала (демодулированного или
на промежуточной частоте);
9) измерение поляризации сигнала.
Таким образом, имеем список из девяти измерительных задач.
Примем этот список за основу для унифицированного протокола уп-
равления аппаратурой. При необходимости сформированный список
первичных измерительных задач может быть дополнен. Поскольку уни-
фицированный протокол должен быть расширяемым, подобное добав-
ление вполне допустимо.
Как уже указывалось выше, главной задачей протокола является пе-
редача команд управления от транслятора, который преобразует типо-
вые задачи радиоконтроля в более простые первичные измерительные
задачи для драйвера аппаратуры. Управление драйвером аппаратуры
осуществляется путем типовых запросов (команд), которые являются
формализацией типовых измерительных задач. Протокол также дол-
жен обеспечивать передачу результатов измерений и служебной инфор-
мации.
При выполнении последнего требования, к сожалению, не все обо-
рудование будет работать с максимально возможным быстродействи-
ем. Поэтому протокол должен быть расширяемым, т.е. в нем должна
иметься возможность добавления дополнительных команд без измене-
ния уже имеющихся операций и обрабатывающих их программных мо-
дулей. Таким образом, если необходимо использование каких-либо по-
лезных свойств быстродействующей аппаратуры, то в протокол могут
быть добавлены дополнительные команды. При этом оптимизация ра-
боты конкретного оборудования должна производиться драйвером ап-
паратуры.
Для организации сетевого взаимодействия компонентов распреде-
ленной системы радиоконтроля требуется определение способа обме-
на данными между модулями распределенной системы. В настоящее
время наиболее удобным является сетевой протокол передачи дан-
ных TCP/IP, поскольку он наиболее распространен и позволяет обме-
ниваться данными в территориально распределенных системах. Про-
токол TCP/IP является стандартным протоколом в операционных систе-
мах Windows, Unix, Linux и т.п.
Поскольку протокол предназначен для управления как стационар-
ными, так и мобильными средствами радиоконтроля, то пропускная
способность каналов связи может сильно различаться. Поэтому для
увеличения эффективности обмена данными протокол должен иметь по
возможности минимальную длину команд.
Следующее важное требование — протокол должен обеспечивать
работу аппаратуры в реальном времени, иметь механизмы контроля
процессов выполнения задач драйвером аппаратуры.
Информационная безопасность обмена данными может обеспечи-
ваться средствами защиты сетевого соединения, например по протоко-
410
Глава 8
лу SSL, построением частной виртуальной сети или другими подобными
способами.
С учетом отмеченного в протоколе целесообразно использовать
формат записей, который позволяет варьировать длину команды в за-
висимости от ее содержимого, при этом любая запись должна содер-
жать однозначные сведения о ее длине. Указание о длине в зависимо-
сти от объема передаваемых в команде данных может занимать раз-
ное количество разрядов.
В зависимости от кода команды байты данных могут содержать как
непосредственно данные (к примеру, уровень сигнала), так и вложен-
ные (подчиненные) записи.
Таким образом, заголовок команды должен однозначно определя-
ет длину команды, соответственно, последовательность команд может
быть просмотрена любой версией драйвера аппаратуры с игнорирова-
нием неизвестных записей. Это позволяет не модифицировать драйве-
ра аппаратуры при внесении в протокол дополнительных команд.
Подытоживая сказанное, перечислим основные свойства команд
унифицированного протокола:
1. Все команды протокола имеют одинаковый вид в форме записей.
2. В качестве записей могут выступать как физические величины,
например частота настройки, ширина полосы, так и действия, например
«измерить частоту», «измерить напряженность поля».
3. Каждая запись состоит из заголовка и тела. В заголовке указы-
вается код записи и код длины ее тела.
4. Записи могут вкладываться друг в друга, т.е. каждая запись мо-
жет содержать другие записи.
5. Если в данной записи нет записи с необходимым значением, то
это значение берется из ближайшей записи верхнего уровня, где оно
найдено.
Такие правила для построения записей обеспечивают расширяе-
мость протокола, т.е. в протокол можно добавлять новые записи. Если
драйвер аппаратуры встречает команду с неизвестной ему записью, то
эта запись игнорируется, а поскольку длина записи указана в заголов-
ке, возможен простой переход к следующей записи
8.10. Специальное программное
обеспечение и режимы работы
станций
Состав программного обеспечения. На всех постах системы
АРК-ПОМ используется один и тот же базовый комплект ПО. В ми-
нимальном варианте ПО состоит из трех программных пакетов специ-
ального математического обеспечения СМО-ППК (СМО-ПА, СМО-ПАИ),
СМО-РМС и СМО-КН.
Системы определения местоположения ИРИ
411
Для обеспечения работы оборудования в составе других автомати-
зированных систем в комплекте программного обеспечения поставляет-
ся драйвер аппаратуры, управляемый из автоматизированной системы
по унифицированному протоколу (см. разд. 8.9)
Пакет СМО ППК (панорамно-пеленгационного комплекса) содер-
жит программу СМО-ППК и программу-контроллер (драйвер) аппарату-
ры. Пакет обеспечивает выполнение всех типовых функций радиомони-
торинга, включая одноканальное и многоканальное пеленгование. Для
аппаратуры постов радиомониторинга без функции пеленгования ис-
пользуется сокращенная версия программы СМО-ПА (панорамного ана-
лиза), не имеющая режимов пеленгования. Программа СМО-ПАИ явля-
ется расширением программы СМО-ПА и предназначена для выполне-
ния измерительных задач на аппаратуре сертифицированной как сред
ства измерений
Пакет СМО-РМС (связь по радиомодемам) обеспечивает передачу
данных между постами при помощи низкоскоростных радиомодемов, а
также модемов CDMA или GSM сотовых радиосетей.
В случае использования высокоскоростных линий передачи данных
обмен осуществляется непосредственно по протоколу TCP/IP.
Пакет СМО-КН (картографии и навигации) предназначен для ра-
боты с электронной картой местности, прокладки пеленгов и автома-
тического определения местоположения ИРИ по данным пеленгования,
поступающим из программы СМО-ППК или введенных вручную.
Дополнительно в состав программного обеспечения могут входить
программа пост-обработки и анализа СМО-АСПД (анализ спектраль-
ных пеленгационных данных) и программа технического анализа ра-
диосигналов СМО-СТА.
Особенностью программного обеспечения является то, что в слу-
чае необходимости любой пост системы может работать автономно или
стать центральным постом системы всей системы. Конечно, предпо-
чтительным следует считать вариант, когда центральным постом систе-
мы является стационарный пост пеленгования, имеющий максимальную
высоту установки антенной системы и связанный с другими стационар-
ными постами высокоскоростными линиями связи, а с мобильными и
портативными — по низкоскоростными линиями.
Программный пакет поддерживает режимы: «Спектр», «Поиск»,
«Фоновый обзор», «Панорама», «Воспроизведение», «Измерение», «Тех-
нический анализ», «Обзор», «Пеленг», «Многоканальное пеленгование»,
«Электронная карта» и режимы пост-обработки результатов.
Режим «Спектр» предназначен для изображения спектральных па-
норам радиосигналов в заданных полосах частот. Для анализа спектра
можно использовать аппаратуру центрального или любого периферий-
ного поста. При использовании аппаратуры центрального поста до-
ступны все функции режима «Спектр», включая автоматический поиск
412
Глава 8
Рис. 8.22. Окно программы СМО-ПА в режиме «Спектр»
новых сигналов, прослушивание и запись радиопередач. Если исполь-
зуется аппаратура периферийного поста, то доступно только отображе-
ние спектра в заданных диапазонах. При этом скорость отображения и
определяется пропускной способностью низкоскоростной радиолинии
и существенно меньше скорости отображения панорамы спектров от
аппаратуры центрального поста.
Программное обеспечение позволяет отображать на одной спек-
тральной диаграмме весь рабочий диапазон частот аппаратуры. На
рис. 8.22 показан экран программы СМО-ПА в режиме «Спектр». В дан-
ном случае оператором заданы три диапазона частот: 106... 108, 338...
339 и 871...875 МГц.
В нижней части экрана находится окно, на котором отображаются
текущие и накопленные спектры сигналов, а также частотно-временнйя
диаграмма (ЧВД). Текущие спектры показаны темным цветом, накоп-
ленные спектры — белым*. График накопленного спектра состоит из
максимальных по амплитуде спектральных составляющих, которые по-
являлись в текущем спектре за время анализа. Такой вид графика фик-
сирует все участки анализируемых диапазонов частот, где хотя бы од-
нократно наблюдался выход радиостанции в эфир.
В средней части окна выводится ЧВД загрузки радиодиапазонов,
* В книге с целью улучшения качества рисунков поля экранов с графиками
инвертированы.
Системы определения местоположения ИРИ
413
которая отображает динамику работы радиосредств. На ЧВД фиксиру-
ется изменение во времени уровней сигнальных спектральных состав-
ляющих, превышающих пороги обнаружения. По горизонтали в ЧВД
откладывается частота, а по вертикали — время. Уровни спектраль-
ных составляющих отображаются в виде областей, цвет которых соот-
ветствует цветовой маркировке уровней оси ординат текущего спектра.
Если уровень сигнала меньше значения порога обнаружения, то участок
ЧВД закрашивается цветом, соответствующим минимально возможному
амплитудному значению Частотно временная диаграмма записывается
в файл спеюральных и пеленгационных данных (СПД) с целью после-
дующего анализа в программе СМО-АСПД.
В режиме «Спектр» любой участок диапазона можно просмотреть
в полосе 2, 5 или 10 МГц в зависимости от аппаратуры Более вы-
сокие спектральные разрешения можно получить в режиме «Измере-
ния», где имеется функция спектральной линзы. В качестве примера
на рис. 8.23 показаны спектры сигнала транковой системы для полос
наблюдения 2 МГц, 250 и 25 кГц.
В режиме «Спектр» имеется подрежим «Поиск», обеспечивающий
поиск активных или новых источников радиосигналов. Окно «Поиск»
располагается на экране выше частотно-временной диаграммы. Канал
считается активным, если его спектр превышает порог обнаружения.
Полоса канала определяется как зона, внутри которой спектральные
составляющие больше порога.
Диапазоны частот поиска определяются выполняемым заданием.
Параметры найденных каналов сохраняются в базе данных и отобра-
жаются в таблице «Поиск». В ходе спектрального анализа значения
параметров найденных каналов корректируются. При этом фиксируется
максимальная полоса и максимальная амплитуда спектральных состав-
ляющих, которые наблюдались в канале.
Для автоматического поиска активных каналов в программе преду-
смотрена возможность использования нескольких алгоритмов:
• с фиксированным порогом;
• с плавающим порогом.
• по накопленному спектру;
• по превышению эталонного спектра.
Алгоритм «с фиксированным порогом» использует порог обнаруже-
ния, отображаемый на экране в виде красной горизонтальной линии.
Канал считается активным, если спектральные отсчеты текущего спек-
тра превысили порог обнаружения. Полоса канала определяется как
частотная область, где амплитуда спектральных составляющих превы-
шает порог. Как только отсчет спектра превысил порог, фиксируется
левая граница канала; как только последующий отсчет спектра, распо-
ложенный выше по частоте, становится меньше порога, фиксируется
правая граница канала.
414
Глава 8
в)
Рис. 8.23. Спектр сигнала системы «Алтай»: а — в полосе 2 МГц; б — в полосе
250 кГц: в — в полосе 25 кГц
Системы определения местоположения ИРИ
415
Алгоритм «с плавающим порогом» использует порог обнаружения,
вычисляемый отдельно для каждого интервала частот, равного полосе
пропускания приемника. Для панорамного измерительного приемника
АРК-Д1ТР этот интервал равен 2 МГц, для панорамного приемника «Ар-
гамак» — 5 МГц Значение порога вычисляется по текущему спекпру
как сумма оценки значения шумовых составляющих спектра в полосе
пропускания и установленного параметра обнаружения.
Достоинством алгоритма с фиксированным порогом является его
наглядность. Пользователь сам может установить порог обнаружения
в нужное положение. Однако, если поиск ведется в широком диапа-
зоне, то в его отдельных областях шумовые составляющие спектра мо-
гут иметь разные значения. При этом выставленное фиксированное
значение порога обнаружения для одних областей может оказаться за-
вышенным — будет наблюдаться пропуск слабых станций, а для других
заниженным — шумовые выбросы будут приниматься за сигналы стан-
ций. Поэтому для диапазонов с неравномерным спектром шумовых со-
ставляющих целесообразно использовать алгоритм «с плавающим по-
рогом», поскольку в этом алгоритме порог обнаружения адаптируется к
значению шума. Однако следует быть внимательным при выборе пара-
метра обнаружения Чем больше значения параметра обнаружения, тем
меньше чувствительность алгоритмов, и, наоборот, чем меньше значе-
ние, тем больше становится чувствительность, что может привести к
ложному обнаружению. Обычно значение параметра обнаружения уста-
навливается в пределах 10... 15 дБ.
Алгоритм «по накопленному спектру» для поиска каналов использу-
ет не текущий, а накопленный спектр. В алгоритме используется фик-
сированный порог обнаружения, как и в алгоритме с фиксированным
порогом Использование накопленного спектра приводит к тому, что
ширина полос найденных каналов в ходе поиска может только увели-
чиваться, что иногда приводит к слиянию соседних каналов. Алгоритм
целесообразно использовать для занесения в базу данных всех стан-
ций, которые хотя бы один раз выходили в эфир
Алгоритм «по превышению эталонного спектра» использует в ка-
честве критерия обнаружения сигналов превышение текущего спектра
над эталонным спектром. В качестве эталонного спектра может быть
использован накопленный спектр, сохраненный в файле, или текущий
накопленный спектр (программа предложит использовать его в случае,’
если в момент включение поиска эталонный спектр не был загружен
из файла). В качестве порога обнаружения используется сумма зна-
чений эталонного спектра на этой частоте и параметра обнаружения
Кривая порога обнаружения отображается на графике спектра. Дан-
ный алгоритм целесообразно использовать для поиска новых станций
Для корректировки эталонного спектра в программе имеется редак-
тор эталонного спектра.
416
Глава 8
В процессе поиска центральные частоты и полосы каналов дина-
мически корректируются. Для коррекции используется алгоритм рекур-
рентного усреднения значений левой и правой границы каналов. Ес-
ли соседние частотные каналы перекрываются, то в дальнейшем они
принимаются за один канал. В качестве времени обнаружения такого
канала принимается время обнаружения канала, найденного первым.
Во всех режимах поиска доступен режим «Фоновый обзор» для об-
наруженных сигналов. Если выполняется режим поиска и включен этот
режим, то при обнаружении очередного нового канала процесс поиска
прерывается, аппаратура переходил в режим сканирования и начина-
ет однократный обзор сигналов на частоте обнаруженного канала. При
фоновом обзоре можно задать запись спектра обнаруженного источни-
ка, звука в течение заданного времени или временнбй выборки сигнала
для последующего технического анализа. После однократного сканиро-
вания найденного канала поиск каналов продолжается.
Если включена опция «Циклический обзор активных каналов», то
обзор каналов, превышающих порог обнаружения, будет циклически
повторяться. Но следует отметить, что если в системе имеется один
приемник, то его постоянные переходы в режим сканирования будут
существенно снижать скорость поиска новых каналов.
В режиме «Обзор» каналы из таблицы «Поиск» можно импортиро-
вать в таблицу частот задания на обзор.
При работе системы АРК-ПОМ в режиме «Фоновый обзор» рас-
пределение задач между постами происходит следующим образом.
Аппаратура центрального поста в соответствии с заданным алгорит-
мом осуществляет поиск новых или активных в данный момент кана
лов радиосвязи. При обнаружении очередного канала процесс поис-
ка кратковременно прерывается и выполняется однократный обзор на
частоте обнаруженного канала. При этом могут быть заданы пеленг,
фотография спектра обнаруженного источника, звуковая выборка и вре-
менная выборка сигнала на промежуточной частоте для последующе-
го технического анализа. Для сокращения объема передаваемых дан-
ных в случае низкоскоростных линий передачи данных периферийные
посты возвращают только пеленг и амплитуду сигнала. После одно-
кратного сканирования процесс поиска продолжается. Полученные пе
ленги отправляются на картографическое приложение для определе-
ния местоположения ИРИ.
Режим «Пеленг» используется для получения на заданной часто-
те синхронных пеленгов от всех постов системы, а также для прослу
шивания и записи радиопередач. В этом режиме аппаратура постов
проводит пеленгование ИРИ на одной частоте.
На рис. 8.24 показано окно программы СМО-ППК в режиме «Пе-
ленг». В этом окне отражается процесс пеленгования базовой станции
сотового стандарта DAMPS двумя постами системы АРК-ПОМ. При этом
от центрального поста системы поступают значения текущего спектра
Системы определения местоположения ИРИ
417
[2S.078кГвд ‘-j W
Ф.-Лг Пегамг е«»и^1 Konrooniwt« Lepeitc Ог.мо Ha«xi№
j M ffi w 1 Ы 4 « % T ® Q I < 14 о \ Jryo |i“w«i3 j
ДЛь &r *JU ужу ^.ОгекГц -j f/jc-
Л j [Цб’ЗОей ;'*J]“n32|£ [?|S09.132 [3] 311062
4 ч’(4 (WFM
j Х_ЬЩ10уа1 ^W5TO_gj?2ipO ^7ИЮ
14'54:3?
14-5J46-;
-4 5422
14:54:58-
43
41 1 50-
40"
Ы Пел«»гг м
299.0
12₽ riZc
9131 9132 313.3 9134 9135
КП.’ЭОДБ ЙМ(230:
913252
91229~- ')14.Э3^121О]'мГц I " - 42дБ
Рис. 8.24. Окно режима «Пеленг»
300
280
14:55:354
270
. 277.0
\240
и пеленгов, от периферийного — только пеленг и амплитуда сигнала.
Спектр и пеленги отображаются на экране ПЭВМ. Воспроизводятся так-
же история пеленгов и история амплитуд сигналов, что позволяет оце-
нивать динамику изменения параметров ИРИ во времени. Возможно
отображение спектра и от любого периферийного контроллера, но в
этом случае скорость пеленгования уменьшается.
Режим «Пеленг» обеспечивает пеленгование ИРИ на заданной ча-
стоте с максимальным быстродействием. Число пеленгов от перифе-
рийного поста зависит от скорости передачи данных по радиолинии.
При скорости передачи данных 19200 бит/с от периферийного поста
можно получить до 5-10 пеленгов в секунду.
Режим «Измерение», окно которого представлено на рис. 8.25,
обеспечивает автоматическое измерение параметров модуляции ра-
диосигналов и измерение пиковых значений, мощности и напряжен-
ности электромагнитного поля
Для последующего технического анализа сигналов, их декодирова-
ния и демодуляции, в том числе и при помощи других специализирован-
ных программ, имеется возможность записи принимаемого радиосиг-
нала на промежуточной частоте приемника, При этом поддерживается
непрерывная запись радиосигналов с заданной полосой В табл. 8.2
14—5729
418
Глава 8
"40 К
’-ч
338.»
2305
ШпЗАЮ |£ 1(0 '0 ^,’’10
Частот*)
Ш«3?С2МГй
йПаЙц ’
3&/1»Тч
miro
32(1 йЬ
Я2лБ‘
'злг SmF«
сзмгизймг.
ii jfl!556hTC
' tiff
221s Oulu
Jhceatiw+br’o’tf
ШсдоС мсццлщ»-.
T«n
Частоте
fk>AOC»
rktU‘ecyutfijHtH(iiy<W»fr*4 Ic*«
Пынмяцм. вотота "Х&388МГЦ,
339.42 33044 338.46 ^.«б’
|1«с.£ль г |,Ы wk.ju
вах' зжэ( за» ззаа
1 за'-жи '..-«йб» щм.<ва №
Рис. 8.25. Окно режима «Измерение»
Таблица 8.2
Требуемое место на диске в зависимости от параметров
записываемого сигнала для интервала 1 с
Ширина полосы сигнала, кГц Частота дискрети- зации, МГц Тип выборки сигнала Разряд- ность отс- чета, бит Требуемое место на диске, Мбайт
2000 6,4 Действительная 16 12
250 0,25 Действительная 16 2
100 0,1 Комплексная 32 0,8
50 0,05 Комплексная 32 0,4
0,025 0,025 Комплексная 32 0,2
0,0125 0,0125 Комплексная 32 0,1
приведены сведения для определения требуемой емкости жесткого дис-
ка ПЭВМ в зависимости от параметров записываемого сигнала.
Автоматическое измерение параметров радиосигналов и техниче-
ский анализ радиосигналов были рассмотрены в гл. 5. В программ-
ном обеспечении СМО-ППК (ПА) напряженность поля в заданной по-
лосе можно вычислять по спектральным данным и непосредственно по
временной выборке при помощи аналогов пикового, квазипикового и
среднеквадратического детектора.
Результаты измерения напряженности поля выводятся на экран
ПЭВМ, что иллюстрирует рис. 8.26. В левой части окна «Измерение»
выводится гистограмма распределения измерений напряженности по-
Системы определения местоположения ИРИ
419
" 1 ..—......... — — -r.wr-,' Г
?ew« И>**1*г*» Koiiwiww Cew** Ски> Dcmqiw
. i T В « Л V Ь1Я№*£ЁШ151Г» 1 ЗП L7TP®
rj<l. и «Ьмэд^^д.AT ’ <7 . -.
I X DJ-W-IV-’ OjUl.KK! [f|/Z1OT I2J714TO I x •!• Т]6 Й"
Рис. 8.26. Измерение напряженности поля сигнала cdma
ля, а текущее значение напряженности отображается в информацион-
ном окне (в верхней части экрана справа).
В программе СМО-ПАИ предусмотрено протоколирование резуль-
татов измерений напряженности поля в текстовом файле. В случае если
к ПЭВМ подключен приемник GPS, в файл выводятся также географиче-
ские координаты мобильной станции. Это позволяет формировать про-
токол измерений зоны покрытия сигналом передатчика с привязкой к
географическим координатам. В текстовый файл протокола измерений
выводятся номер измерения, дата, время, широта, долгота, достовер-
ность геодезических данных, скорость и направление движения, частота
и полоса сигнала (в МГ ц), наиболее вероятное значение уровня сигнала.
Если запущено картографическое приложение СМО-КН, то по сети
с протоколом TCP/IP результаты измерения напряженности поля могут
передаваться в это приложение для обработки и отображения распре-
деления напряженности электромагнитного поля на местности.
Режим «Обзор». В этом режиме осуществляется автоматизиро-
ванный контроль сигналов выявленных источников радиоизлучения и
автоматическое наблюдение за группой радиочастот (источников). Име-
ются следующие возможности:
• обнаружение появления станции в эфире, регистрация в базе дан-
ных времени выхода и амплитуды сигнала;
• сохранение в базе данных значений пеленга;
420
Глава 8
Рис. 8.27. Страница «Статистика» окна «Установки»
• сохранение в базе данных изображения (фотографии) панорамы
спектров в момент обнаружения станции;
• сохранение в файле данных временнбй выборки сигнала запись
демодулированной радиопередачи обнаруженного источника;
• просмотр базы данных ранее обнаруженных источников;
• расчет статистических параметров по результатам обзора;
Контроль сигналов в режиме «Обзор» осуществляется в соответ-
ствии с заданием, которое состоит из списка частот с указанием пара-
метров обнаружения и регистрации источников. Список частот может
формироваться вручную либо автоматически по частотам, найденным
в ходе поиска в режиме «Спектр».
Для формирования сводной статистической таблицы с результа-
тами обзора вызывается страница «Статистика» окна установок, пока-
занная на рис. 8.27. Отмеченные параметры будут заноситься в таблицу
«Статистика».
База данных просматривается по таблице результатов сканирова-
ния при помощи мыши или клавиатуры.
После запуска обзора обнаруживаемые радиостанции будут появ-
ляться в таблице ответов. В таблице ответов отображаются иденти-
фикатор (номер) записи в базе данных, номер контроллера, которым
получен данный результат, дата и время обнаружения сигнала, значе-
ние частоты в соответствии с заданием, амплитуда и пеленг сигнала.
В последнем столбце таблицы указываются компоненты ответа (резуль-
таты), полученные от контроллера: фотография спектра сигнала, звук,
временная выборка сигнала.
В режиме «Обзор» имеется возможность автоматического опреде-
ления типа и параметров модуляции радиосигналов по коротким вре-
менном выборкам, получаемым при обзоре, аналогично режиму «Изме-
рение». Кроме того, имеется возможность статистической обработки
Системы определения местоположения ИРИ
421
результатов, в том числе по временном выборкам, с целью вычисле-
ния необходимых параметров, например отклонения несущей частоты
от номинального значения и определения загрузки радиодиапазона.
При работе в составе системы АРК-ПОМ в режиме «Обзор» отве-
тами, получаемыми от периферийных постов, связанных с центральным
по низкоскоростным радиоканалам, могут быть только пеленги и ам-
плитуды сигналов. При использовании высокоскоростных каналов от-
ветами могут быть спектральные диаграммы, времени bie выборки сиг-
налов на ПЧ с заданной шириной полосы и длительностью, звуковые
файлы с выхода демодулятора.
Режим «Многоканальное пеленгование». Этот режим в систе-
ме АРК-ПОМ имеет важное значение, поскольку позволяет выполнять
пеленгование сигналов с ППРЧ. Этот режим поддерживается в режиме
«Спектр» как разновидность алгоритма поиска активных каналов. Ре-
жим предназначен для автоматического пеленгования активных ИРИ в
заданном диапазоне (или диапазонах частот). Аппаратура постов после-
довательно перестраивается по частоте от нижней до верхней границы
задания. Шаг перестройки равен полосе пропускания радиоприемного
тракта (полосе мгновенного обзора), которая в зависимости от моди-
фикации приемников составляет 2, 5 или 10 МГц. На каждой часто-
те настройки приемника сигнальный процессор приемника вычисляет
комплексные спектры сигналов во всей полосе пропускания. По вычис-
ленным комплексным спектрам обнаруживаются и пеленгуются сигналы
активных источников. Для обнаружения сигналов используется алго-
ритм с плавающим порогом. Порог, заданный как величина превыше-
ния над уровнем шума, адаптивно подстраивается подуровень шумовых
составляющих в данной полосе, что повышает вероятность правильного
обнаружения и уменьшает вероятность пропуска сигналов. Автомати-
чески оценивается центральная частота, полоса, амплитуда сигналов,
углы прихода волны в горизонтальной и вертикальной плоскости.
Таким образом, в режиме «Многоканальное пеленгование» на каж-
дой частоте настройки формирование панорамы спектров, обнаружение
источников и вычисления для каждого источника пеленга выполняются
сразу для всей полосы пропускания. По сравнению с режимом однока-
нального пеленгования, где приемник последовательно настраивается
на частоту каждого ИРИ, такой метод значительно ускоряет время вы-
числения пеленгов. После того как будет достигнута верхняя граница
задания, приемник автоматически вернется к нижней границе и про-
цесс многоканального пеленгования будет продолжен.
Скорость получения панорамы пеленгов зависит от быстродействия
радиоприемной аппаратуры и алгоритма пеленгования. Для аппаратуры
па базе приемников «Аргамак» с полосой пропускания 5 МГц и девяти-
элементной антенной решеткой при обнаружении сигналов на уровне
чувствительности приемника она составляет около 300 МГц/с. В одной
422
Глава 8
полосе 5 МГц может оказаться до 200 запеленгованных источников с
шириной спектра 25 кГц.
Передавать по низкоскоростным радиолиниям от периферийных
постов весь объем полученных данных практически невозможно. Боль-
шой объем подлежащей анализу информации делает нецелесообраз-
ным ее хранение в оперативной памяти аппаратуры. Поэтому резуль-
таты многоканального пеленгования на постах в сжатом виде записы-
ваются в виде специальных файлов спектрально-пеленгационных дан-
ных (СПД-файлов). При этом результаты пеленгования от периферий-
ных постов системы на центральный передаются только по запросам от
центрального поста. Имеется несколько форматов запросов. Напри-
мер, запрос о конкретной частоте, в котором указывается временной
интервал, для которого требуется передать пеленги, а также полоса
сигнала. Этот запрос используется при местоопределении кратковре-
менно работающих ИРИ, частота которых уже известна. В запросе о
секторе задается угловой сектор, для которого требуется вернуть пе-
ленги, центральные частоты, уровни и ширину спектров сигналов ИРИ,
находящихся в этом секторе.
В качестве примера на рис. 8.28 показано окно программы СМО-
ППК в режиме «Многоканальное пеленгование». Пеленгование проводи-
лось в полосе частот, отведенной для работы базовых станций сотовой
связи стандарта NMT-450. В правом нижнем углу рисунка расположен
лимб, на котором в виде точек выводятся запеленгованные источники.
Угловое положение точки соответствует значению пеленга (угол по часо-
вой стрелке), радиальное положение соответствует частоте источника.
Отчетливо видны азимуты, на которых расположены базовые станции.
Таким образом, в ходе многоканального пеленгования на вход про-
граммы СМО-КН поступает массив пеленгов, снятых на разных часто-
тах. Параметры и частоты поступающих пеленгов сохраняются в файле
истории пеленгов и заносятся в таблицу частот. Чтобы ускорить про-
цесс вычислений координат источников и упростить работу оператора,
отображаемые на карте пеленги могут фильтроваться по частоте.
При автоматическом поиске источников в программе СМО-ППК вы-
числяемая частота и полоса сигналов источников постоянно уточняется.
В программе СМО-КН при отборе пеленгов, соответствующих конкрет-
ному источнику, фильтрация проводится с учетом его полосы частот,
при этом для увеличения быстродействия процедуры идентификации
пеленгов, принадлежащих одному источнику, используются алгоритмы
на основе «красно-черных деревьев» [92].
Одновременное пеленгование. При определении местоположе-
ния постоянно или периодически работающих источников можно обой-
тись одним мобильным пеленгатором, который, перемещаясь, исполь-
зует любой из трех методов пеленгования: метод привода, квазиста-
ционарный метод или метод автоматического определения источников
в движении. Труднее обстоит дело с пеленгованием кратковременно
Системы определения местоположения ИРИ
423
iStafCS 3
; ЭДэдадз Щ4»201 ддеш gjtaua)
{3’5 Ж pr-ltc.400 [2J72.10) ,[3]?исо
182532-
1$ 2516-
182ГСП-
1627*1’
SO
471.164 471417 4?1.«67
> у V уд!* Я> х._< '!>’ <*^i91 il
471 Мб Э’Й» \’ Ш р
Е’йЖние 16Х> < 471 НЕ Т 3'.25 -63
гемато ifitawrt <л «с ! з.т’25' if Т
iwioo?i»ic2! I 4 71165 : 312$ i if
jЭ.С* ДЙ2 W27.11 F 471.463 ’ 312S ‘ j /7
a ’ # t .. <fIH ъ # т a 4 » *' -e- л &
/A-.rtZ^-Me-wpaSMnr-^^. <j it fa [i~3 \zi ч № a x
T lOKtK < жги многоканальны- > rt пен -oe.
Рис. 8.28. Многоканальное пеленгование базовых станций сотовой системы
N МТ-450
работающих источников радиоизлучения. Сеансы работы таких ИРИ не
превышают нескольких секунд, и часто они могут выходить в эфир одно-
кратно. Для определения местоположения таких источников необходим
режим одновременного или синхронного пеленгования, который реа-
лизован в системах пеленгования и определения местоположения си-
стемы АРК-ПОМ. Для синхронного пеленгования используются режим
одноканального или многоканального пеленгования
В режиме одноканального пеленгования все станции системы на-
страиваются на одну частоту. Как только амплитуда сигнала на часто-
те настройки превысит порог, вычисляются пеленги. Поскольку ско-
рость взятия пеленгов составляет до 100 и более пеленгов в секунду,
ю обеспечивается одновременное пеленгование ИРИ, кратковремен-
но выходивших в эфир.
В режиме «Многоканального пеленгования» все станции территори-
ально распределенной системы работают в одних и тех же диапазонах
частот. При этом результаты пеленгования от периферийных постов си-
стемы на центральный передаются по запросам от центрального поста.
Одновременность пеленгования ИРИ достигается также за счет скоро-
сти взятия панорамы пеленгов, которая составляет 300 МГц/с и более.
Особенности пеленгования станций с ППРЧ. При реализации
корреляционно-интерферометрического метода пеленгования на базе
двухканального приемника время пеленгования одного ИРИ определя-
ется временем настройки приемника на данную частоту и временем
424
Глава 8
опроса антенных пар решетки в соответствии с алгоритмом пеленго-
вания. При использовании приемника АРК-ПР5 «Аргамак» время на-
стройки на заданную частоту не превышает 2 мс. Если использует-
ся девятиэлементная антенная решетка, то при длительности выборки
320 мкс минимальное время пеленгования составит около 5 мс. При та-
ком времени пеленгования возможно пеленгование ИРИ со скоростью
перестройки 200 скачков в секунду. Если длительность излучения ИРИ
будет меньше необходимого времени для опроса всех антенных пар
решетки, то пеленгование сигналов с ППРЧ без модернизации алгорит-
ма пеленгования становится невозможным. Между тем в настоящее
время не редкость, когда связные радиостанции имеют скорость пере-
стройки 300 скачков в секунду и более. Ситуация усугубляется тем, что
диапазон перестройки ИРИ с ППРЧ AF, как правило, значительно боль-
ше полосы мгновенного обзора приемника. Как уже указывалось, при
многоканальном пеленговании аппаратура постов последовательно пе-
рестраивается по частоте от нижней до верхней границы задания. Шаг
перестройки равен полосе мгновенного обзора, которая в зависимости
от модификации приемников составляет 2, 5 или 10 МГц. Пеленгова-
ние становится возможным только тогда, когда частотная позиция (ЧП)
сигнала ППРЧ попадет в полосу мгновенного обзора приемника.
Кардинальным методом уменьшения времени пеленгования являет-
ся использование моноимпульсных пеленгаторов, число приемных ка-
налов которых равно числу антенных элементов в решетке. На базе
цифрового радиоприемного устройства «Аргамак» разработаны много-
канальные когерентные радиоприемные устройства.
Возможна модификация корреляционно-интерферометрического
алгоритма, не требующая увеличения числа приемных трактов, но дела-
ющая возможным пеленгование ИРИ с высокоскоростной ППРЧ за счет
увеличения времени пеленгования. Суть его заключается в последова-
тельном, многопроходном накоплении амплитудно-фазовых распреде-
лений с элементов антенной решетки.
В таком алгоритме каждая ЧП пеленгуется независимо, т.е. сиг-
нальные вектора усредняются и накапливаются в пределах одного ка-
нала сигнала с ППРЧ Таким образом, после длительного пеленгования
диапазона, когда для каждой ЧП будет собрано достаточное число сиг-
нальных векторов, пеленгатор выдаст N пеленгов, где N — число ЧП
в диапазоне наблюдения. Алгоритм позволяет запеленговать несколь-
ко работающих передатчиков, которые для своей работы используют
разные частоты общего диапазона.
Рассмотренный алгоритм реализован в ПО аппаратуры АРК-МП4,
АРК-МП1 и АРК-П7. Экспериментальная проверка алгоритма показа-
ла, что он обеспечивает пеленгование как сигналов с ППРЧ, так и сиг-
налов, имеющих высокую скважность, например сигналов мобильных
телефонов стандарта GSM.
Системы определения местоположения ИРИ
425
На рис. П19 вклейки показано окно программы СМО-ППК в режи-
ме «Многоканальное пеленгование». На экране отображены таблица
обнаруженных каналов, значения пеленгов, спектральная и ЧВД сиг-
налов в диапазоне 363...403 МГц, круговая панорама пеленгов, спек-
фальная диаграмма, пеленг и корреляционная кривая одного из об-
наруженных сигналов.
В нижней части рисунка на спектральной диаграмме белым цветом
показан график накопленного спектра и более темным цветом (синим)
график мгновенного спектра. График накопленного спектра состоит
из максимальных по амплитуде спектральных составляющих, которые
появлялись в текущем спектре за время анализа. Такой вид графика
фиксирует все участки анализируемых диапазонов частот, где хотя бы
однократно наблюдался выход радиостанции в эфир. Аргументом это-
го графика, как и графика мгновенного спектра, является частота, а
но вертикали откладываются максимальные значения амплитуд спек-
гральных составляющих.
Над графиком накопленного спектра отображается частотно-вре-
менная диаграмма (ЧВД), на которой отображается загрузка диапазо-
нов частот источниками радиоволн. На ЧВД фиксируются изменения во
времени уровней сигнальных спектральных составляющих, превышаю-
щих пороги обнаружения. При этом показываются все участки спектра,
где хотя бы однократно уровень спектральных составляющих превысил
порог обнаружения. По горизонтали в ЧВД откладывается частота, а
по вертикали — время. Уровни спектральных составляющих отобража-
ются в виде областей, цвет которых соответствует маркировке уровней
оси ординат текущего спектра. Если уровень сигнала меньше значе-
ния порога, то участок ЧВД закрашивается цветом, соответствующим
минимально возможному амплитудному значению.
Правее спектральной диаграммы расположен лимб круговой пано-
рамы пеленгов с результатами многоканального пеленгования. Запе-
ленгованные источники выводятся в виде точек. Угловое положение
точки соответствует пеленгу (угол по часовой стрелке), радиальное по-
ложение — частоте источника. На круговой панораме имеются частот-
ный и азимутальный маркеры. Частотный маркер имеет вид окружно-
сти, азимутальный — вид луча. Точка пересечения частотного и азиму-
тального маркера соответствует ИРИ, на позиции которого находится
указатель в таблице обнаруженных сигналов.
Из графика накопленного спектра видно, что имеются 16 ИРИ с
одинаковым уровнем излучения, причем из ЧВД и диаграммы мгновен-
ного спектра следует, что в эфире в каждый момент времени присут-
ствует один из источников, кроме того, пеленги всех источников име-
ют один и тот же азимут, равный 23°. Все перечисленные признаки
свидетельствуют о том, что пеленгуется сигнал ИРИ со скачкообраз-
ным изменением частоты.
426
Глава 8
Режим «Электронная карта». К картографической системе, функ-
ционирующей в составе системы радиомониторинга, предъявляются
следующие основные требования:
• возможность использования как векторных, гак и растровых карт,
что связано неразвитостью рынка векторных карт на текущий мо-
мент;
• минимальные ресурсы для работы, включая оперативную память
и процессорное время. Требование обусловлено необходимостью
работы системы на одном компьютере одновременно с несколь-
кими приложениями, интенсивно использующими память и вычис-
лительный ресурс;
• быстродействие при перерисовке в процессе масштабирования
или прокрутки карты;
• наличие средств разработки и распространения картографических
приложений, включающие API и/или компоненты для Delphi/C++
Builder для разработки и DLL/ActiveX для распространения;
• независимость карты местности и пользовательских данных;
• низкая стоимость лицензии на рабочее место
В настоящее время наиболее известными геоинформационными
системами (ГИС), представленными на отечественном рынке, являются
ARCView, Mapinfo, «ГеоКонструктор» ЦГИ ИГ РАН, GISToolkit «Панора-
ма», GWX ActiveX Control фирмы «Ингит». После предварительного от-
бора были выполнены пробные проекты на базе «ГеоКонструктор» ЦГИ
ИГ РАН и GISToolkit ГИС «Панорама» [119, 120].
Решающую роль для выбора сыграло высокое быстродействие и
низкие требования к памяти приложения, выполненного на основе GIS-
Toolkit «Панорама», а также возможность в перспективе перехода на
платформу Linux [41]. К числу достоинств ГИС «Панорама» можно так-
же отнести возможность преобразования различных векторных (MIF,
DXF, S57) и растровых форматов (PCX, BMP, TIFF) в основной формат
представления данных при помощи программного пакета «Карта 2000».
В связи с тем, что базовый обменный формат представления данных
ГИС «Панорама» (формат SXF), разработанный в 1992 г. специалиста-
ми Топографической службы ВС РФ, в 1993 г. утвержден в качестве
основного формата цифровой информации о местности в Вооружен-
ных Силах и ряде федеральных служб РФ, возможно непосредственное
использование уже существующих картографических ресурсов. Нако-
нец, возможность отображения нескольких пользовательских карт (сло-
ев) помимо основной карты местности также является несомненным
достоинством данной ГИС.
С учетом требований к системам определения ИРИ на основе ГИС
«Панорама» разработана ГИС СМО-КН, предназначенная для использо-
вания в составе систем АРК-ПОМ. Она включает подсистемы опреде-
ления местоположения и отображения ИРИ. В СМО-КН пользователь-
ские данные сохраняются в рабочей карте. Для каждого сеанса работы
Системы определения местоположения ИРИ
427
может создаваться своя рабочая карта. Рабочие карты радиоизлуче-
ния используются для накопления информации о зарегистрированных
источниках и обнаруженных в разных сеансах работы. Карты местно-
сти не зависят от рабочих карт.
Особенностью системы отображения пеленгуемых объектов на
местности является необходимость показывать пеленги на объекты с
нескольких точек, разнесенных между собой на десятки километров.
Кроме того, система должна давать возможность подробного изучения
района предполагаемого местоположения этих объектов. Поэтому в
ГИС СМО-КН реализовано окно линзы, и точки наблюдения, включая
исходный масштаб, запоминаются.
В состав системы картографирования входит специализированная
база данных, позволяющая сохраняй и в последующем использовать
информацию о пеленгах, измеренных значениях напряженности поля и
обнаруженных ИРИ. В случае реализации с помощью системы радио-
мониторинга мобильных станций учитывается и отображается динами-
чески изменяющаяся навигационная информация, т.е. данные о место-
положении и курсовом угле мобильной станции.
Программа вычисляет и отображает местоположение ИРИ, их
маршруты движения (в случае мобильных источников), фиксирует в
файле истории положение станции радиомониторинга, принимаемые
пеленги и измеренные значения напряженности поля.
Система может работать в многопостовом режиме. На рис. П20
вклейки показано окно программы СМО КН с результатами определе-
ния местоположения стационарного ИРИ системой АРК-ПОМ, состо-
ящей из трех постов
Возможность накопления данных и их всестороннего анализа —
необходимое условие эффективной работы системы местоопределе-
ния. В программном пакете СМО-КН в базе данных истории сохраняют-
ся все пеленгационные и навигационные данные, поступившие на вход
программы. Для анализа накопленных данных имеются следующие воз-
можности:
• отбор пеленгов для расчета по частоте;
• отбор для расчета пеленгов, проходящих через выбранную область;
• отбор пеленгов для расчета путем выделения произвольного ин-
тервала истории;
• прокрутка маршрута движения пеленгатора с графическим и тек-
стовым отображением данных;
• полная имитация сеанса работы, когда накопленные данные посту-
пают на вход программы из файла истории;
• расчет местоположения источников с учетом критерия отбора пе-
ленгов и отображением расчетных точек;
• расчет местоположения источников сразу по всем частотам, име-
ющимся в базе данных.
428
Г лава 8
При измерении напряженности поля реализованы следующие воз-
можности:
• отбор значений для расчета по конкретной частоте (источнику);
• отбор данных для расчета распределения напряженности поля в
выбранной области;
• отбор данных для расчета по произвольному интервалу времени;
• прокрутка маршрута движения мобильной станции с графическим
и текстовым отображением данных;
• полная имитация сеанса работы, когда накопленные данные по-
ступают из файла истории;
• расчет распределения напряженности поля на местности с учетом
выбранных влияющих факторов;
• расчет и отображение зоны уверенного приема источника радио-
излучения с учетом измерений напряженности;
• определение местоположения ИРИ и их предполагаемых характе-
ристик;
• формирование отчетов с результатами измерений.
Анализ накопленных данных, расчет местоположения источников и
отображение их на карте, вывод траекторий движения мобильных стан-
ций проводятся как в реальном времени, гак и в режиме последующей
обработки.
Режим отложенной обработки. Для отложенной обработки спек-
тральных и пеленгационных данных, накопленных на постах системы,
используется программа СМО АСПД. Исходным материалом для рабо-
ты программы СМО-АСПД служат файлы спектральных (пеленгацион-
ных) данных (СПД), записанные программой СМО-ППК (ПА).
Программа СМО-АСПД отображает спектральные и пеленгацион-
ные данные в виде диаграмм с регулируемым разрешением по частоте,
времени и сектору углов. С ее помощью можно выполнять поиск сеан-
сов связи, поиск источников по частоте или в заданном секторе углов,
оценку интенсивности радиосвязи и загрузку различных радиодиапа-
зонов.
В основе статистической обработки данных из СПД-файлов лежит
разбиение оси частот на радиоканалы. В ходе анализа для каждого ка-
нала собираются сведения о наблюдавшихся в нем сеансах связи. Это
позволяет рассчитывать такие показатели радиоканалов, как загружен-
ность и интенсивность использования канала, а также среднюю дли-
тельность сеансов связи. Благодаря тому, что обрабатываемые СПД-
файлы, как правило, содержат результаты широкополосного контроля
за радиообстановкой, программа СМО-АСПД позволяет оценивать па-
раллельно статистические свойства сотен и тысяч радиоканалов. Сетка
частот, определяющая разбиение оси частот на радиоканалы, должна
быть известна до начала процедуры анализа.
Системы определения местоположения ИРИ
429
Сведения о разбиении оси частот на радиоканалы и параметры об-
работки разных каналов хранятся в базе данных программы. Эти сведе-
ния включают:
• данные о центрировании и ширине радиоканалов, определяющие
разбиение оси частот на анализируемые отдельно частотные под-
диапазоны;
• минимально возможную длительность сигналов, позволяющую по-
давить случайные всплески спектральной активности, возникаю-
щие из-за неточности установки порога или переходных процес-
сов в аппаратуре;
• минимальную длительность паузы, позволяющую предотвратить
учет временного пропадания сигнала (например, вследствие зами-
раний) в качестве завершения предыдущего и начала нового сеанса
связи.
Статистическая обработка проводится в два этапа. На первом эта-
пе происходит выявление числа сеансов связи и их временная привязка.
Для повышения достоверности выявления сеансов связи использует-
ся априорная информация о возможной продолжительности сигналов и
пауз в радиоканалах. На втором этапе рассчитываются итоговые по-
казатели для радиоканалов.
Первый этап обработки начинается сразу после загрузки нового
СПД файла. Руководствуясь заданным разбиением оси частот на ра-
диоканалы, программа анализирует изменения во времени интенсив-
ности сигналов в каждом из каналов с целью определения наиболее
достоверного распределения сигналов и пауз. Этап выявления вре-
менных границ активности радиоканалов завершается созданием таб-
лицы обнаруженных сигналов.
Программа СМО-АСПД ориентирована на широкополосный анализ
радиообстановки, поэтому детальный отчет о свойствах всех проана-
лизированных радиоканалов может оказаться излишне объемным. В
связи с этим на втором этапе программа предлагает следующие две
основные формы представления итогов анализа:
• графические информационные диаграммы, отражающие наиболее
общие свойства анализируемой совокупности радиоканалов;
• детальные табличные отчеты, составляемые для заранее заданного
списка контрольных частот (радиоканалов).
С помощью программы СМО-АСПД можно обрабатывать пеленга-
ционные данные. В качестве примера на рис. 8.29 показан случай, ко-
гда в окне программы отображается текущий спектр, ЧВД и текущий
пеленги для участка радиодиапазона.
В нижней части окна изображен текущий спектр для выбранного
момента времени, в средней части окна — ЧВД, в верхней части постро-
ена диаграмма накопленного спектра и график средней загрузки радио-
каналов.
430
Глава 8
Рис. 8.29. Окно СМО-АСПД в режиме обработки файла с пеленгационными
данными
8.11. Навигационные системы
для станций радиомониторинга
Навигационная система является составной частью станции радио-
конгроля, от ее технических характеристик во многом зависит эффек-
тивность и качество решения задач [19]. Например, ошибки опреде-
ления координат и курсового угла станции при пеленговании непосред-
ственно влияют на точность вычисления координат ИРИ. Если навигаци-
онные данные обновляются один раз в секунду, а изменение курсового
угла носителя может составить 20° в секунду, то пог решность прокладки
пеленга за счет неучтенного запаздывания может превысить 10°.
Краткий обзор распространенных навигационных систем. За-
дача определения координат и ориентации объекта является класси-
ческой навигационной задачей. Она решается с помощью различных
навигационных систем: магнитных, инерциальных, космических, длин-
новолновых наземных и др. Навигационная система обычно имеет в
своем составе чувствительные датчики, взаимодействующие с магнит-
ными, электромагнитными или гравитационными полями. К подобным
датчикам относятся магнитные компасы, приемники спутниковых на-
вигационных систем (ОНО), инерциальные приборы в виде акселеро-
метров и гироскопов.
Магнитные компасы до сих пор успешно используются в навигаци-
онных системах. Стоимость цифрового магнитного компаса, пригодного
для целей навигации, сильно зависит от класса точности и составляет
от нескольких десятков долларов за модуль при точности порядка 2° до
Системы определения местоположения ИРИ
431
нескольких сотен и даже тысяч долларов за системы высокой точности
с ошибками порядка нескольких минут. К достоинствам магнитных ком-
пасов относятся простота использования, автономность, высокий темп
получения информации, к недостаткам — влияние на показания ком-
паса аномалий геомагнитного поля различной природы, постоянных и
временных, и как следствие необходимость их учета, а также слож-
ность применения компасов на металлических носителях, к числу ко-
торых относятся и автомобили.
Приемники СНС по соотношению цена/качество, зоне действия,
простоте интеграции находятся вне конкуренции среди современных
навигационных систем. В настоящее время наибольшую известность
в мире имеет американская система NAVSTAR, часто называемая GPS
(Global Positioning System), почти полностью восстановлена работоспо-
собность российской системы ГЛОНАСС (глобальная навигационная
спутниковая система), ведется работа по созданию новой европейской
системы GALILEO. Принципы функционирования этих спутниковых си-
стем весьма схожи, различия между ними проявляются в некоторых
технических характеристиках, но конечное оборудование практически
идентично с точки зрения пользователей (229]
Спутниковые навигационные системы состоят из трех подсистем:
подсистемы космических аппаратов (КА); подсистемы командно-изме-
рительного комплекса; подсистемы аппаратуры потребителей (АП). На
орбитах предполагалось равномерное размещение 24 КА, но реаль-
ная группировка КА зависит от текущего бюджета системы, требова-
ний со стороны Министерства обороны США и других факторов. На
начало 2005 г. в составе космической группировки NAVSTAR имелся 31
КА. В состав каждого КА, кроме прочего, входит передающее устрой-
ство с системой формирования навигационно-информационных сигна-
лов и высокостабильный стандарт частоты для формирования шкалы
времени.
В подсистему командно-измерительного комплекса входят сеть ко-
мандно-измерительных пунктов и центр управления системой. В част-
ности, эта подсистема выдает поправки, компенсирующие уход шкалы
бортовых стандартов частоты для всей группировки КА.
Определение координат аппаратурой потребителей основано на
измерении так называемых псевдодальностей от аппаратуры потреби-
теля до КА, находящихся в зоне видимости. Не вдаваясь в подроб-
ности, отметим, что псевдодальность представляет собой дальность
от антенны АП до КА с некоторым неизвестным смещением, одина-
ковым для всех КА. Для определения трех координат (широты, долготы
и высоты) необходимы как минимум измерения четырех псевдодально-
стей, так как в вектор неизвестных параметров приходится включать
упомянутое смещение. Кроме измерений псевдодальностей, совре-
менные приемники могут обеспечивать измерения фазы несущей на-
вигационного сигнала КА.
432
Глава 8
Рис. 8.30. Приемник GPS
Рис. 8.31. GPS-антенны
К достоинствам СНС относят их высокую точность, независимость
от магнитных, гравитационных и иных аномалий, малое время приве-
дения оборудование в готовность. К недостаткам — низкий темп вы-
дачи навигационных сообщений, весьма низкую помехозащищенность,
возможные потери сигналов (затенение), что особенно характерно при
работе в условиях плотной городской застройки. GPS-приемники си-
стемы NAVSTAR сильно отличаются по цене и характеристикам. Про-
стейшие модули стоят в пределах 100 долл. США; одночастотные платы
с поддержкой фазовых измерений и определения скорости и направ-
ления движения стоят в полтора-два раза дороже; цена высокоточных
двухчастотных плат, предназначенных для работ с геодезической точ-
ностью, может доходить до десяти и более тысяч долларов США. На
рис. 8.30 показана одночастотная плата с поддержкой фазовых измере-
ний и функцией определения скорости, а на рис. 8.31 представлены
два типа GPS-антенн.
Спутниковым приемникам свойственны следующие ограничения:
• практически невозможно получить информацию об ориентации не-
подвижного носителя, а также сохранить угол ориентации после его
остановки;
• в движении выдается не ориентация носителя, а направление пе-
ремещения приемной антенны;
• низкая частота выдачи данных (бюджетных приемников обычно
1 Гц);
• расчет вектора скорости носит вторичный характер по отношению к
расчету координат, что приводит к худшим свойствам по задержке
и частоте обновления значений скорости и зависимости от помех.
Приемники СНС сильно отличаются по цене и характеристикам.
Простейшие модули стоят в пределах ста долларов, цена высокоточ-
ных устройств может превышать десять тысяч долларов.
Интегрированная навигационная система. Инерциальные на-
вигационные системы (ИНС) появились значительно раньше спутнико-
вых, для них разработан мощный математический аппарат [1, 2], но их
Системы определения местоположения ИРИ
433
практическое применение до недавнего времени ограничивалось вы-
сокой стоимостью, большими габаритными размерами и весом датчи-
ков. В последние десятилетия на смену механическим вращающимся
гироскопам пришли волоконно-оптические и кольцевые лазерные уст-
ройства, которые применяются сейчас в авиационных, космических и
корабельных навигационных системах. Однако по-настоящему доступ-
ной инерциальная навигация стала после появления микроэлектроме-
ханических технологий (MEMS), когда был налажен выпуск недорогих
чувствительных элементов [218, 234].
Гироскопы и акселерометры, использующие MEMS технологию,
имеют небольшие размеры порядка сантиметра и цену от 50 до 100
долларов. Среди крупнейших производителей MEMS датчиков можно
назвать компании Bosch, BEI Systran Donner, Silicon Sensing Systems,
Analog Devices. Преимуществами микромеханических ИНС являются
малые габаритные размеры, доступная цена, низкая чувствительность к
ударам, малое энергопотребление, высокая частота выдачи навигаци-
онных данных. Но точность подобных систем сравнительно невелика.
Время их автономной работы составляет несколько минут, после чего
необходима коррекция координат и ориентации от внешнего источника.
Появление недорогих инерциальных датчиков открыло новые воз-
можности для применения корректируемых ИНС в областях, где при-
менение таких систем было ранее невозможно по ценовым, массога-
баритным и другим ограничениям. Одной из таких областей является
использование ИНС в системах ориентации подвижных наземных объ-
ектов. Классическая ИНС включает блок инерциальных измерителей из
трех акселерометров и трех гироскопов (датчиков угловой скорости), а
также вычислительное устройство. Типовая схема расположения дат-
чиков представлена на рис. 8.31. Датчики сориентированы таким об-
разом, чтобы воспринимать перемещения носителя по трем простран-
ственным координатам.
Так как акселерометры и датчики угловой скорости в такой схеме
жестко связаны с носителем, для определения его ориентации исполь-
зуется вычислительное устройство, определяющее направление его
осей и координаты интегрированием уравнений движения с использо-
ванием данных инерциальных датчиков (рис. 8.32).
Выбор способа построения навигационной системы определяется
требованиями к точности решения навигационной задачи, темпу выдачи
навигационных параметров, ограничениями на бюджет системы Одна-
ко по отдельности ни одна из систем — спутниковая, инерциальная или
магнитная — не обеспечивает выдачу достоверной навигационной ин-
формации с произвольной дискретностью и без сбоев во всех условиях
движения.
Для устранения указанных выше ограничений данные СНС могут
обрабатываться совместно с другими навигационными системами, на-
434
Глава 8
Рис. 8.31. Сенсорная группа из
трех акселерометров (7) и трех ги-
роскопов (2), установленная на об-
щей жесткой базе
Рис. 8.32. Модуль инерциально-навига-
ционной системы: 1 — цифровой процес-
сор управления; 2 — группа гироскопов и
акселерометров; 3 — блок питания
пример инерциальными, поскольку погрешности спутниковых и инерци-
альных систем имеют различную природу и свойства.
В интегрированной системе сохраняются достоинства и снижается
влияние недостатков составных элементов, поскольку данные ИНС кор-
ректируется по данным СНС, причем при пропадании сигнала СНС блок
ИНС способен обновлять навигационные данные еще некоторое вре-
мя. Интегрированные системы с коррекцией по данным СНС включают
модуль ИНС и модуль СНС, а также вычислительное устройство.
Объединение спутниковой и инерциальной информации в интегри-
рованной системе может осуществляться разными методами. Инфор-
мация ИНС может быть применена на этапе слежения за сигналом
спутников, в частности для выбраковки ошибочных навигационных ре-
шений из-за многолучевого распространения радиоволн. Учет данных
ИНС на этапе обработки фазовых измерений позволяет достичь высо-
чайшей точности навигационных результатов. К примеру, в авиацион-
ной системе POS/AV 510 фирмы Applanix (Канада) точность вычисле-
ния координат составляет 5...30 см, а углов ориентации 0,005...0.008°,
что близко к теоретическому пределу [109]. Для баллистических и
ракетных снарядов увеличенной дальности применение интегрирован-
ной навигационной системы позволяет добиться точности попадания
10...20 м при дальности стрельбы около 100 км, даже если вблизи це-
ли с помощью систем радиопротиводействия осуществляется подав-
ление сигналов СНС [221].
В отличие от воздушных объектов для наземных станций актуаль-
ным является определение ориентации неподвижной станции, особен-
но ее курсового угла. Одиночный приемник СНС не позволяет решить
подобную задачу. Одним из возможных вариантов ее решения являет
ся установка дополнительного магнитного компаса. К сожалению, как
отмечалось ранее, бюджетные магнитные компасы дают неудовлетво-
рительные результаты. Кроме того, использование любых магнитных
компасов ограничивает область применимости системы.
Системы определения местоположения ИРИ
435
Другим методом определения ориентации носителя является ис-
пользование спутниковых фазовых измерений. В основе этого метода
лежит интерферометрический принцип: измеряется разность фаз несу-
щей частоты для сигналов, принимаемых от спутников на разнесенные
антенны. При определении ориентации носителя с помощью фазовых
измерений гораздо большее значение, чем при определении его коор-
динат, имеет качество принимаемых спутниковых сигналов [109].
В разности фаз, обусловленной различными расстояниями от ан-
тенн до спутников, содержится информация об углах между вектором
направления на спутники и вектором, образованным разнесенными ан-
теннами. Для осуществления фазовых измерений практическое приме-
нение имеют два способа: один спутниковый приемник с несколькими
приемными антеннами или несколько независимых приемников, каж-
дый с возможностью измерений фазы сигнала. Первый способ реали-
зован в дорогих специальных модулях, тогда как при втором способе,
использующем стандартное оборудование, требуются затраты на син-
хронизацию часов отдельных приемников.
При наличии двух приемных антенн с помощью фазовых измере-
ний может быть рассчитан не только курс, но дополнительно тангаж
или крен, в зависимости ог геометрического расположения антенн на
носителе. Если антенны размещены вдоль продольной линии, то вы-
числяется тангаж, если вдоль поперечной — крен.
Первыми разностями принято называть фазовые сдвиги несущей
частоты сигнала одного и того же спутника, одновременно полученные
на двух антеннах. Вторыми разностями называется разность первых
разностей, полученных для сигналов двух разных спутников. Модель
измерений второй разности можно представить в виде [54]
=bT[SJ«i) - Sfc(t.)] + NjkA + хЛМ, (8.1)
где b — вектор базовой линии (вектор направления между приемни-
ками); Sz — вектор направления на l-й спутник; Njk — целочисленная
неоднозначность второй разности для j-го и к-го спутников; /\ —длина
волны; xjk — погрешность измерения, включающая случайные шумо-
вые и систематические составляющие.
В уравнениях неизвестными являются целочисленные неоднознач-
ности Njk и вектор Ъ, для которого известна его длина |Ъ|.
Число неизвестных в системе (8.1) для каждого момента времени
больше, чем число уравнений. Теоретически при отсутствии или мало-
сти погрешностей можно было бы воспользоваться ограничением на
целочисленные значения параметров Njk и попытаться определить ре-
шение (8.1) при числе неизвестных, большем чем число уравнений, но
на практике наличие погрешностей приводит к необходимости накопле-
ния измерений на некотором интервале времени Требуемый интервал
наблюдений зависит от качества измерений, определяемого парамет-
рами используемых приемников и антенн.
436
Глава 8
Система (8.1) решается методом наименьших квадратов, в кото-
рый внесены необходимые изменения для учета целочисленных зна-
чений неоднозначностей N-'lk.
В задаче пеленгования необходимым навигационным параметром
является курс (курсовой угол или путевой угол) — угол в горизонталь-
ной плоскости между направлением продольной оси носителя и направ-
лением на географический север. Пеленгование мобильной станцией
радиоконтроля осуществляется как во время движения, так и на стоян-
ках, поэтому актуальное значение курсового угла должно быть известно
в любой момент времени. Если используется одиночный спутниковый
приемник, то, как указывалось выше, при определении курсового угла
возникают проблемы. Курс вычисляется приемником GPS на основе
вектора скорости объекта, поэтому, чем меньше скорость, тем боль-
ше будет ошибка расчета курсового угла. На стоянке курс вообще не
рассчитывается, может лишь сохраняться его последнее значение, вы-
численное в движении. Для перехода от расчета курсового угла к хра-
нению его последнего значения приемник должен определить момент
окончания движения. Критерием неподвижности обычно служит паде-
ние скорости объекта ниже пороговой, которая составляет от 2 до 5
км/ч. Поскольку погрешность определения скорости имеет тот же по-
рядок, что и пороговые значения, то возникают ошибки определения
фактов стоянки и движения.
В условиях стоянки носителя для двух распространенных семейств
GPS-приемников, выпускаемых компаниями Garmin и Globalsat, была
экспериментально исследована возможность сохранения курсового уг-
ла и нулевого модуля скорости, Выяснилось, что приемники Globalsat не
распознают режим стоянки при падении скорости ниже 2 км/ч. В прием-
никах Garmin стояночный режим имеется, но не обеспечивается необхо-
димая достоверность, так как при увеличении длительности стоянки ве-
роятное гь потери курсового угла приближается к единице. На рис. 8.33
показаны гистограммы модуля скорости для двух типов приемников,
полученные на неподвижном носителе. Измерения проводились в те-
чение трех часов. В идеальном случае гистограмма скорости долж-
на иметь только один заполненный столбец, соответствующий нулевой
скорости. Из приведенных зависимостей видно, что приемник Garmin
значительно реже выдает ненулевые скорости по сравнению с прием-
ником Globalsat, но не обеспечивает сохранение достоверности курса,
так как уже первое ненулевое значение скорости приводит к потере
значения курсового угла.
Таким образом, потеря информации о курсовом угле на стоянке
свойственна GPS приемникам как Globalsat, так и Garmin, поэтому для
определения неподвижности носителя желательно иметь дополнитель-
ный датчик. К сожалению, акселерометр в качестве такого датчика ис-
пользовать нежелательно, поскольку его выходным сигналом является
значение линейного ускорения с некоторым смещением. Двойное инте-
Системы определения местоположения ИРИ
437
Скорость, км/ч Скорость, км/ч
а) б)
Рис. 8.33. Гистограммы скорости на стоянке для приемников Garmin GPS 16 (а)
и GlobalSat BR-355 (6)
грирование с учетом смещения приводит к уходу координат пропорцио-
нально квадрату времени интегрирования, что не позволяет определить
состояние неподвижности объекта относительно земных координат.
В качестве дополнительного датчика стоянки, не связанного с GPS,
можно использовать датчик скорости автомобиля (ДСА), показания ко-
торого пропорциональны оборотам колеса. Подобные датчики штатно
устанавливаются на все современные автомобили для обеспечения по-
казаний спидометра. Использование ДСА позволяет достоверно опре-
делять факт стоянки автомобиля.
Полная инерциальная система объекта для трехмерного простран-
ства может быть построена на трех акселерометрах, измеряющих ли-
нейные ускорения, и трех гироскопах, измеряющих поворот объекта по
курсу, крену и тангажу. Движение мобильной наземной станции про-
исходит в направлении ее продольной оси без боковых и вертикальных
составляющих, поэтому можно целиком отказаться от акселерометров.
Угол крена, как правило, также имеет небольшие числовые значения и
несет мало информации. В равнинной местности и при пеленговании
на заметном удалении от ИРИ также можно не отслеживать тангаж. По-
этому из полной инерциальной системы без существенного снижения
функциональности можно исключить два гироскопа В системе остает-
ся единственный гироскоп, измеряющий угловую скорость вокруг вер-
тикальной оси, и один ДСА, измеряющий линейное перемещение ав-
томобиля вперед или назад. Такие упрощения уменьшают стоимость
системы и упрощают обработку данных.
Единственный гироскоп и датчик скорости вместе образуют непол-
ную одноосевую инерциальную систему, достаточную для расчета кур-
са, координат и скорости носителя в течение некоторого времени по-
сле пропадания сигналов СНС. При наличии корректирующих сигналов
СНС инерциальная система выдает навигационные данные без задерж-
ки, присущей СНС, и с повышенной частотой, например с частотой 10 Гц
вместо 1 Гц, обычной для приемников СНС. Пример печатной платы мо-
дуля неполной инерциальной системы приведен на рис. 8.34.
438
Глава 8
Рис. 8.34. Одноосевая навигационная система
(8.2)
В интегрированной системе определение ориентации (азимута) и
координат в движении осуществляется по данным инерциальной систе-
мы, которая корректируется от спутниковой системы. Выражения для
вычисления навигационных данных выглядят следующим образом:
., ч . sVcos(a) • sVsin(a)
а= А-(7-7о) + ^‘> =-----б---+ #: А = —-—7~\ +
Ztcos(y?)
где а — азимут; у? — широта объекта; Л — долгота объекта; 7 — изме-
ренная угловая скорость; к — коэффициент датчика угловой скорости;
7о — ноль датчика угловой скорости; V — измеренная линейная ско-
рость; .$• — коэффициент датчика линейной скорости (ДСА); р, 0,г] —
возможные погрешности. Величины к, 70 и s в системе (8.2) являются
корректируемыми параметрами.
Корректирующие данные о г приемника GPS поступают в следую-
щем формате:
= М) + е; <£(£) = ^(Z-Д£2) + д; А(/) = Л(А - Д42) + (, (8.3)
где &(£), <£(/.), A(f) — полученные в момент времени I значения направ-
ления движения (азимут), широты и долготы объекта; Д^, ДЛ2 — за-
паздывание, вызванное определением параметров приемником GPS и
передачей данных для значений скорости и координат (в силу особен-
ностей работы приемников это запаздывание для координат и скорости
значительно отличается), е, ц, £ — погрешности измерений.
Координаты и азимут, вычисленные по формулам (8.2), уточняются
при наличии данных (8.3) одновременно с корректировкой параметров
к, 7о и s, причем параметр 70 корректируется как на стоянке, так и в
движении, параметры к и s могут корректироваться только в движении,
когда доступна достоверная информация о скорости и направлении пе-
ремещения объекта. Алгоритмы коррекции должны учитывать запазды-
вание данных по координатам и скорости объекта.
Системы определения местоположения ИРИ
439
Рис. 8.35. Структурная схема навигационной системы АРК-КН2
Навигационная система АРК-КН2 объединяет СНС и неполную
инерциальную систему. В ее состав входит модуль вычислителя и на-
бор модулей датчиков: два приемника GPS, гироскоп, датчик скорости
Структурная схема АРК-КН2 приведена на рис. 8.35 Система может
использоваться как в виде автономного навигационного прибора, так
и в составе станций радиоконтроля.
Модуль вычислителя предназначен для сбора данных от датчиков,
вычисления необходимых навигационных результатов и их пересылку
пользователю. Микроконтроллер управляет передачей данных: форми-
рует запросы данных для приемников GPS и модуля гироскопа, переда-
ет сообщения датчиков в процессор с плавающей запятой, где выпол-
няется расчет. Полученные навигационные данные передаются в пер-
сональный компьютер или другое внешнее устройство по шине USB.
Гироскоп выполнен в виде отдельного модуля, который жестко ус-
танавливается на носителе. Поскольку MEMS-гироскопы требуют тем-
пературной коррекции, в состав модуля входит датчик температуры.
Датчик скорости автомобиля выдает импульсы синхронно с оборотами
колеса и подключается к модулю вычислителя или к модулю гироскопа.
Для приема и буферизации сообщений GPS-приемников используется
4-канальный асинхронный приемопередатчик (УАПП).
В качестве гироскопа был использован микромеханический виб-
рационный датчик угловой скорости фирмы Analog Devices. Он имеет
небольшие габариты 7x7x4 мм и умеренную стоимость. Диапазон из-
меряемых угловых скоростей составляет ±150 °/с. Уход нуля по темпе-
ратуре и от включения к включению может достигать ±24 °/п и должен
корректироваться алгоритмически.
При выборе GPS-приемников было учтено, что очень немногие при-
емники потребительского класса выдают пользователю полноценные
фазовые измерения. Многие приемники фирмы Garmin выдают инфор-
440
Глава 8
мацию о фазе несущей, возведенной в квадрат, удваивая таким обра-
зом неопределенность фазы и затрудняя расчет. Поэтому был выбран
GPS приемник компании NovAtel, который обеспечивает необходимые
фазовые измерения и имеет доступную цену.
Навигационный система АРК-КН2 формирует последовательность
навигационных сообщений с периодом выдачи 100 мс. Каждое сооб-
щение содержит следующие данные:
• географические координаты в системе WGS-84 (широта и долгота);
• путевой угол (курс);
• скорость;
• точное время;
• высота;
• показатели точности результатов;
• логические флаги состояния.
Для идентификации состояния навигационной системы в сообще-
нии имеются следующие флаги:
• навигационные данные достоверны хотя бы по одному GPS;
• инерциальная система инициализирована и готова к работе,
• ориентация объекта успешно вычислена на данной стоянке;
• носитель неподвижен;
• носитель движется;
• имеется ненулевая скорость носителя по данным GPS-приемника;
• значение скорости по данным GPS достаточно для коррекции инер-
циальной системы.
Процессор вычислителя автоматически выбирает один из возмож-
ных режимов работы системы:
1. Стоянка с приемом сигналов GPS. факт стоянки определяется
по ДСА. Происходит накопление фазовых измерений, затем выполня-
ется расчет ориентации носителя, проверяется правильность решения,
выдаются углы ориентации. Кроме того, в режиме стоянки корректи-
руется ноль гироскопа.
2. Движение с приемом сигналов GPS. Совместная обработка дан-
ных ИНС и спутниковых приемников позволяет выдавать навигацион-
ные данные без задержки в одну-две секунды, присущей спутниковым
приемникам. Расчет результатов ведется по ИНС, а сообщения GPS
используются для коррекции инерциальной системы При движении ав-
томатически подстраивается чувствительность гироскопа, пропорцио-
нальность датчика скорости и другие параметры.
3. Автономная работа ИНС после потери спутниковых сигналов.
Данный режим ограничен по длительности из-за накопления ошибок
ИНС. Время автономной работы составляет от одной до трех минут, в
зависимости от требуемой точности азимута. Для включения данно-
го режима необходима инициализация инерциальной системы (появле-
ние флага готовности ИНС). В процессе инициализации компаса идет
Системы определения местоположения ИРИ
441
коррекция коэффициентов датчика угловой скорости и ДСА, а также на-
чальный расчет азимута. Корректирующей информацией служат данные
GPS-приемника. Инициализация выполняется после расчета стационар
ного курсового угла (на стоянке) или по превышению пороговой скоро-
сти по данным GPS. Пороговая скорость, которая считается надежной
для инициализации, принята равной 5 км/ч. После инициализации в слу-
чае потери сигналов GPS обеспечивается выдача полной навигационной
информации. Если инициализации ИНС не было, то после пропадания
сигнала GPS координаты, скорость и курс выдаваться не будут.
4. Стоянка в условиях потери сигналов GPS с удержанием коорди-
нат и азимута. Навигационная система АРК-КН2 позволяет неограни-
ченно долго выдавать точный курс и координаты на стоянке без приема
GPS. Это возможно благодаря достоверному определению стояночного
режима по ДСА с фиксацией координат и курса.
Кроме основных рабочих режимов, существуют два состояния уст-
ройства, когда выдача навигационных данных не производится:
1. После включения питания в течение нескольких минут. Навига-
ционные данные появляются одновременно с началом получения коор-
динат от GPS, путевой угол — после стационарного расчета азимута или
при появлении информации о скорости от GPS-приемника.
2. Истекло время автономной работы ИНС. После потери сигналов
GPS автономная работа ИНС в движении возможна в течение фикси-
рованного времени от одной до нескольких минут; затем навигацион-
ные результаты обнуляются, за исключением скорости, которая выда-
ется по данным ДСА. Для нового цикла автономной работы требует-
ся повторная инициализация ИНС на основе курсового угла, рассчи-
танного на стоянке по фазовым измерениям GPS или в движении по
данным скорости от GPS. Отсутствие навигационных данных подтвер-
ждается флагами состояния.
После монтажа навигационной системы на носитель и включения
системы начинается процесс калибровки гироскопа и датчика скорости,
т е. корректируются расчетные коэффициенты применительно к дан-
ному носителю. Корректировка коэффициентов продолжается и при
последующей работе системы. Источником коррекции служат данные
GPS — координаты и вектор скорости или результаты фазового рас-
чета ориентации. Процесс коррекции не требует вмешательства поль-
зователя, навигационные данные продолжают выдаваться в обычном
режиме. Однако при первом включении на данном носителе десять
или пятнадцать минут должен быть уверенный прием сигналов GPS,
а в траекторию движения должны входить правые и левые повороты,
прямолинейное движение.
Метрологические характеристики навигационной системы
АРК-КН2. Точность расчета ориентации носителя на стоянке зависит
от наблюдаемого созвездия спутников и условий распространения спут-
никовых сигналов в атмосфере. Конфигурация спутников повторяется
442
Глава 8
Рис. 8.36. Абсолютная погрешность ориентации в зависимости от времени
неподвижного носителя: а — на интервале 20 мин; б — на интервале 15 ч
через 12 ч. Поэтому для выяснения точности навигационной системы
были проведены двадцатиминутные и четырнадцатичасовые измерения
ориентации неподвижного носителя.
На рис. 8.36,б/ представлены полученные зависимости погрешно-
сти курсового угла от времени для интервала 20 мин. Согласно ал-
горитму вычислений угла каждый последующий результат вычисляется
с учетом предыдущего значения. Вертикальные отрезки в начале кри-
вых соответствуют времени окончания первого расчета. Как видно из
рисунка, даже после первого расчета ошибка измерения не превыси-
ла половины градуса.
На рис. 8.36, б представлены зависимости погрешности вычисле-
ния курсового угла от времени для интервала 15 ч. Можно наблюдать
постепенное уменьшение погрешности с течением времени. Это дает
основания рекомендовать длительные измерения, если требуется опре-
делить ориентацию с высокой точностью.
Расчет курсового угла неподвижного носителя выполним только при
хороших условиях приема радиосигналов спутников. Число спутников,
от которых принимаются сигналы, не является полной характеристикой
условий приема, но дает некоторое представление о возможных ре-
зультатах. Минимальное число принимаемых спутников, при котором
можно ожидать успешного расчета, равно пяти, а номинальное, при
котором в большинстве случаев расчет выполняется сразу после пер-
вого накопления данных, — восемь спутников. Наличие протяженных
вертикальных стен, высоких зданий, металлических конструкций может
увеличить время накопления данных. Благодаря совместной обработке
данных СНС и ИНС в условиях остановки носителя удается полностью
исключить грубые ошибки вычисления координат и повысить точность
вычисления координат в движении.
При потере спутниковых сигналов во время движения система АРК-
КН2 в течение минуты продолжает формировать актуальные навигаци-
онных данные. В качестве примера, на рис. 8.37 показаны результаты
Системы определения местоположения ИРИ
443
Рис. 8.37. Сеанс автономной работы ИНС без приема спутниковых сигналов
сеанса работы системы в подобных условиях. У точки 1 после отключе-
ния СНС был выполнен правый поворот на 90°, затем следовало движе-
ние по прямой с максимальной скоростью 60 км/ч. В точке 1 были от-
ключены антенны спутниковых приемников. Истинному маршруту соот-
ветствует линия 1—2, а линия 1-3 построена по навигационным данным,
полученным от навигационной системы. Средняя скорость на участке 1-
4 была около 30 км/ч. Белыми точками на рисунке отмечены секундные
интервалы времени на маршруте движения. Время прохождения участ-
ка составила примерно 30 с, при этом ошибка определения координат
в точке 4 составила около 14 м, а ошибка курса 4,2°. Результаты этого
примера свидетельствуют об успешной работе навигационной системы
в условиях пропадания сигналов от спутников.
Основные технические характеристики навигационной системы АРК-КН2
Частота выдачи навигационных данных, Гц..................10
Среднее время запаздывания навигационных данных от истинно-
го времени, мс ..........................................50
Точность определения координат (доверительная вероятность
90 %), м.................................................15
Погрешность определения курсового угла, град не более....3
Погрешность определения модуля скорости, м/с.............0,3
Напряжение питания, В....................................12 или 27
Потребляемая мощность, Вт, не более......................10
Вес, кг, не более .......................................0,5
444
Глава 8
Габаритные размеры, мм:
модуль вычислителя........................................100x160x20
модуль гироскопа .......................................80x40x10
блок спутниковых приемников .............................110x53x38
Диапазон рабочих температур, °C...........................—30...+75
Ориентация на стоянке:
Среднеквадратическая погрешность курсового угла, град....0,5
Требуемое количество наблюдаемых спутников для успешного
расчета:
минимальное 5............................................
номинальное.............................................8
Длительность накопления данных для расчета, с.............120
Окно измерений (периодичность расчета), с.................30
Работа в движении при отсутствии сигналов GPS:
Абсолютная погрешность вычисления курса за 30 с, град.....4
Абсолютная погрешность вычисления координат за 30 с, м....15
Максимальное время работы в условиях пропадания спутниковых
сигналов, с...............................................60
8.12. Системы электропитания
Требования к источникам электропитания. В состав станций
радиомониторинга входит определенный набор технических средств, в
том числе одного или нескольких цифровых радиоприемных устройств
(ЦРПУ), несколько антенно-фидерных устройств (АФУ) и ПЭВМ. Незави-
симо от конкретного назначения станции, в ее состав входит источник
питания (ИП) в том или ином виде. Это может быть встроенный в ЦРПУ
стабилизатор напряжения для питания от химического источника тока,
блок питания для работы от сети переменного тока, внешний или внут
ренний, универсальный источник питания с возможностью работы от
резервного аккумулятора и т.д.
Надежность работы станции в значительной степени определяется
надежностью источника питания, так как при неполадках или выходе его
из строя аппаратура становится полностью непригодной к эксплуатации.
В то же время при дефектах или сбоях в других узлах или при наличии
ошибок программного обеспечения аппаратура может функционировать
даже с ограниченным набором возможностей.
Наиболее существенным требованием к источникам питания стан
ции следует считать электромагнитную совместимость. Жесткие тре
бования по уровню радиоизлучений проистекают из того факта, что
ИП находятся непосредственно в составе аппаратуры, предназначен
ной для приема и анализа радиосигналов. Именно поэтому в значи
тельной части измерительной и связной аппаратуры до сих пор ограни-
чено применение высокочастотных импульсных стабилизаторов и пре
образователей питающего напряжения, несмотря на их преимущества
в КПД и других параметрах.
В состав радиоаппаратуры станции входят узлы и блоки различ
ного назначения, напряжения питания, потребляемая мощность и тре-
Системы определения местоположения ИРИ
445
бования к качеству питающего напряжения которых сильно различают-
ся. Таким образом, в составе комплекса обычно имеется своего рода
иерархическая структура источников питания с диапазоном мощностей
от единиц милливатт до десятков и даже сотен ватт. Часто в аппа-
ратуре возникает необходимость применения термостабильных микро-
мощных стабилизаторов напряжения для стабилизации рабочей точки,
например полевых СВЧ транзисторов входных каскадов РПУ или кас-
кадов автоматической регулировки усиления. Другая «крайность» —
стабилизирующие преобразователи напряжения для ПЭВМ, входящих
в состав станций. В этих ИП главное — не точность стабилизации на-
пряжения в пределах долей процента, а поддержание выходного напря-
жения с довольно большим допуском (до 20 %) при колебаниях бор-
тового напряжения до 50 % и временном пропадании последнего. В
мощных бортовых ИП необходимо предусмотреть аварийное электро-
питание от резервной аккумуляторной батареи и ее автоматическая
подзарядка от бортовой сети.
Источники электроэнергии для радиоаппаратуры. Аппарату-
ра радиоконтроля, как и любая радиоэлектронная аппаратура, получает
энергию для функционирования от внешнего (первичного) источника.
В станциях радиомониторинга используются разнообразные первичные
источники электропитания, что обусловлено широким спектром решае-
мых задач. Рассмотрим кратко наиболее часто применяемые ИП.
Сеть переменного тока обычно используется для электропитания
стационарно установленной аппаратуры. В техническое задание на раз-
работку блока питания следует закладывать ±20%-ный допуск на дли-
тельные отклонения эффективного значения напряжения от номинала.
В электросетях общего пользования всегда есть потребители, созда-
ющие мощные импульсные помехи. Обычный бытовой холодильник,
например, имея мощность потребления в стационарном режиме всего
100... 150 Вт, при пуске компрессора потребляет до 4... 10 кВт. Просадка
напряжения электросети в момент включения имеет характер импуль-
са величиной до ста вольт. На переходе в стационарный режим и при
выключении компрессора в сети возникают затухающие колебательные
процессы различной частоты и длительности с пиковым напряжением
в десятки и сотни вольт. Кратковременные просадки напряжения воз-
можны также при включении компьютеров и другой радиоэлектронной
аппаратуры (зарядка входных емкостей источника питания, работа пет-
ли размагничивания кинескопа и т.п.).
Из сказанного следует, что при разработке источников вторично-
го электропитания, работающих от сети, надо учитывать не только из-
менение эффективного или амплитудного значения напряжения, но и
наличие импульсных помех с большой энергией.
Бортовая сеть напряжением 12 В — это исторически сложившийся
мировой стандарт бортового напряжения легковых и небольших грузо-
вых автомобилей. Он возник в связи с применением на автотранспор-
446
Глава 8
те свинцовых аккумуляторов, которые при низкой стоимости, относи-
тельной простоте конструкции и легком обслуживании имеют хорошие
электрические параметры. Главное преимущество свинцовых аккумуля-
торов на автотранспорте — большой кратковременно допустимый ток,
необходимый для пуска двигателя электростартером. Условная циф
ра 12 В обозначает номинальное напряжение свинцового аккумулятора
из шести соединенных последовательно элементов под нагрузкой. Она
близка также к сумме потенциалов (12,6 В) шести электрохимических
элементов в наиболее равновесном состоянии
При работающем двигателе автомобиля напряжение бортовой се
ти определяется в основном характеристиками примененного в силовом
агрегате генератора Максимальное напряжение бортовой сети опре
делено потенциалом полностью заряженного аккумулятора и составляет
14... 14,5 В. Таким образом, выходное напряжение генератора ограни
чено этой величиной, в ряде случаев корректируемой автоматически с
изменением температуры окружающей среды. Если аккумулятор был
сильно разряжен, то на начальной стадии его заряда от генератора на-
пряжение бортовой сети может быть ограничено до 10... 12 В потен
циалом аккумулятора и его низким внутренним сопротивлением. По-
ниженное до 10... 12 В бортовое напряжение может наблюдаться при
работающем генераторе в случае повышенной нагрузки, например, в
ночное время и при плохой погоде, когда в автомобиле включено много
штатных потребителей электроэнергии (обдув радиатора печи, стекло
очиститель, фары, электрообогреватель и т.д.).
Функционирование бортовой сети 12 В при неработающем дви
гателе определяется характеристиками аккумулятора, сопротивлением
бортовых цепей и потребляемым током. Предельные напряжения ак-
кумулятора: 14... 14,5 В — при полностью заряженном аккумуляторе и
первые минуты после отключения зарядки, 9... 10 В — полный разряд
(потенциал без нагрузки, или с малой нагрузкой), 7...8 В — кратко
временно, при пуске двигателя.
За указанные пределы напряжение бортовой сети может выходить
лишь при неисправном электрооборудовании. Кроме того, как и во вся-
ких проводных сетях, возможны импульсные просадки и выбросы на
пряжения от работы различных потребителей, например стоп-сигнала.
Бортовая сеть 24 В принципиально ничем, кроме удвоенного напря-
жения, не отличается от бортовой сети 12 В. Применяется для умень-
шения тока в цепях на большегрузных грузовых автомобилях и тяже
лой спецтехнике, где больше потребителей электроэнергии и больше
потребляемая ими мощность. Отметим тот факт, что в современном
автомобилестроении начался постепенный переход к бортовому напря
жению 36 В. Повышение напряжения позволяет существенно снизить
вес медных проводов в автомобиле за счет уменьшения тока потреб
ления при той же мощности. В серийно выпускаемых автомобилях с
Системы определения местоположения ИРИ
447
этим напряжением бортовой сети на переходный период устанавлива-
ется вспомогательная сеть стандарта 12 В, предназначенная в основном
для дополнительных устройств типа магнитол и т.п.
Бортовая сеть летательного аппарата (ЛА). Согласно ГОСТ
19705-89 напряжение постоянного тока бортовой сети ЛА может быть в
пределах от 21 до 31,5 В (кроме аварийного режима). Отдельно огово-
рены кратковременные просадки этого напряжения вплоть до 13 В при
автономном запуске двигателя и выбросы до 53,5 В при коммутации си-
лового оборудования (длительность до 200 мс). Для временных интер-
валов порядка 10...100 мс выбросы напряжения и просадки могут иметь
еще большие значения. Для переменного напряжения с номинальными
параметрами 115 В и частотой 400 Гц установившееся значение напря-
жения должно находиться в пределах 100... 127 В.
Химические источники тока. Значительная часть аппаратуры ра-
диомониторинга предназначена для автономной работы от встроенных
или внешних химических источников энергии. В этом классе прибо-
ров обычно применяются аккумуляторные батареи. Основную долю со-
ставляют свинцовые необслуживаемые аккумуляторы с гелеобразным
кислотным электролитом Они имеют ряд преимуществ перед други-
ми типами аккумуляторов, главные из которых — низкая стоимость при
способности отдавать большой ток без потери емкости Данное свой-
ство позволяет без проблем использовать батарею небольшой емко-
сти в качестве аварийного буфера при питании аппаратуры с большим
потреблением энергии. Особенно часто их применяют в составе ис-
точников бесперебойного питания ПЭВМ, когда при пропадании сете-
вого напряжения необходимо поддержать работоспособность системы
хотя бы несколько минут для аварийного сохранения данных. Свинцо-
вые аккумуляторы к тому же не обладают эффектом памяти к режиму
зарядка-разрядка и позволяют без сложных схемотехнических решений
обеспечить длительную циклическую работу батареи.
До последнего времени в автономной аппаратуре со сравнительно
небольшой мощностью потребления (0,1...5 Вт) преобладало использо-
вание герметичных никель-кадмиевых аккумуляторов, что обусловлено
технологическими трудностями изготовления малогабаритных свинцо-
вых батарей. Сейчас стали доступны для применения более компакт-
ные и энергоемкие аккумуляторы никель-металл-гидридного и литий-
йонного типа. Последние предпочтительны для применения, так как у
них отсутствует эффект памяти.
Источники вторичного электропитания. Под этими источниками
подразумевают все типы преобразователей, стабилизаторов и регуля-
торов напряжения, обеспечивающих составные части радиоаппаратуры
электроэнергией с нормированными характеристиками. Ниже мы рас-
смотрим основные классы источников вторичного электропитания, их
особенности, достоинства и недостатки.
448
Глава 8
Линейные регуляторы и стабилизаторы напряжения. Практически
ни одно радиотехническое устройство, в том числе и аппаратура ра-
диоконтроля, не обходится без применения линейного регулятора или
стабилизатора напряжения. Причем линейные регуляторы напряжения
находятся в привилегированном положении, поскольку они принципи
ально не создают электромагнитных помех. У линейных регуляторов
напряжения имеется ряд неоспоримых достоинств:
• отсутствие электромагнитных излучений — как указано выше, прин
ципиальное и основное преимущество перед импульсными и дру
гими типами регуляторов;
• отсутствие помех внутреннего происхождения по цепям питания
(входным и выходным);
• простота схемных и конструктивных решений;
• малые габаритные размеры ИП на интегральных микросхемах, без
учета, однако, теплоотводящих элементов (радиаторов, вентилято-
ров и т.д.);
• низкая стоимость;
• минимальные затраты на разработку.
В го же время у линейных стабилизаторов и регуляторов напряже
ния имеются и недостатки, главный из которых — низкий КПД, особен-
но при больших допусках на входное питающее напряжение. Второй
из существенных недостатков — это принципиальная невозможность
повышения напряжения и отсутствие гальванической развязки выход
ных цепей от входных.
Из первого отрицательного свойства линейных ИП непосредствен
но вытекают проблемы конструкторско-технологического плана по от
воду тепла от регулирующего элемента и обеспечению максимального
времени работы от автономного источника тока. Так, например, при пи-
тании аппаратуры от химического источника тока, напряжение на клем
мах которого меняется на 30 % по мере разряда (типовое значение),
время работы изделия может составить менее 50 % теоретически воз
можного со стабилизатором без потерь. Это обусловлено не только
прямыми потерями энергии в виде тепла на регулирующем элементе
линейного регулятора, но и зависимостью емкости химического источ
ника от тока потребления. Для многих электрохимических систем паде
ние емкости с увеличением тока в два раза может составлять до 20 %.
Импульсные стабилизаторы и преобразователи напряжения. Как
уже отмечалось, основным фактором, сдерживающим применение им
пульсных блоков питания (ИБП) для аппаратуры радиомниторинга, яв
ляются вырабатываемые ими помехи в радиочастотном диапазоне. Эти
помехи непосредственно излучаются элементами схемы в эфир, а так-
же передаются из модуля питания в другие блоки изделия и в пита-
ющую сеть по силовым проводам и цепям управления. Спектр помех
от современных ИБП, работающих на частотах до 1 МГц, может про-
стираться до 200...300 МГц.
Системы определения местоположения ИРИ
449
Однако повышение частоты преобразования в ИБП привело к пара-
доксальному на первый взгляд факту — некоторому облегчению борьбы
с помехами. Первая причина этого заключается в упрощении борь-
бы с магнитной составляющей помех. С ростом частоты преобразо-
вания уменьшается проникновение электромагнитного поля в материал
экрана за счет скин-эффекта. В результате для подавления излуче-
ния помех не требуются толстостенные пермаллоевые экраны, как для
ИБП, работающих на частотах порядка 100... 10000 Гц. Спектр помех от
ИБП при устойчивом режиме работы не содержит субгармоник и начи-
нается с основной частоты преобразования (чаще всего 50. .100 кГц),
распространяясь исключительно вверх по частоте. Повышение частоты
преобразования энергии позволило также уменьшить габаритные раз-
меры дросселей и фильтров по входным и выходным цепям ИБП, не
снижая качества фильтрации.
С учетом того, что элементная база ИБП в современной микроэлек-
тронике получила широкое развитие, а также в связи с необходимостью
создания аппаратуры с пониженным энергопотреблением (особенно ав-
тономной) пренебрегать указанным выше фактом было бы неразумно.
В связи с этим разработчики компании ИРКОС сделали ставку на при-
менение ИБП во всех узлах выпускаемой радиоаппаратуры.
Приведенные рассуждения не означают, что необходимо полностью
отказаться от применения линейных источников питания. Так, напри-
мер, не имеет никакого смысла встраивать стабилизированный ИБП
в антенный усилитель, расположенный непосредственно у вибраторов
приемной антенны, хотя он и потребляет ток в десятки миллиампер. До-
ля этого тока в общем потреблении мала, а применение ИБП не только
создаст помехи непосредственно рядом с чувствительным элементом,
но и может внести искажения в диаграмму направленности антенны В
ряде случаев, особенно если изделие питается исключительно от се-
ти 220 В и мощность потребления не превышает 1...2 Вт, примене-
ние линейного интегрального стабилизатора напряжения может замет-
но снизить стоимость изделия.
Но в ряде случаев обойтись без применения ИБП довольно про-
блематично. Например, в микроавтобусе типа «Газель» номинальное
напряжение бортовой сети равно 12,6 В, реальное — от 10 до 14 В в
нормальных условиях с выбросами до 16.. 18 В при коммутации элек-
тромагнитных устройств электрооборудования и просадками до 7...8
В при запуске двигателя. В таких условиях практически невозможно
обеспечить стабильную работу устройства с внутренним напряжением
питания 9 В, применяя линейный стабилизатор напряжения. Если же
потребляемая изделием (блоком) мощность составляет порядка 20 Вт,
то к полезной мощности потребления добавляется еще около 10 Вт,
рассеиваемые стабилизатором напряжения. При жестких климатиче-
ских требованиях к аппаратуре применение линейного стабилизатора,
15—5729
450
Гл a r а 8
как мы видим, создает проблемы конструкторского плана с отводом
дополнительного тепла.
Не менее нагляден следующий пример с бортовой сетью 24 В.
В составе оборудования имеется шесть радиоприемных блоков с номи-
нальным напряжением питания 12 В. Мощность потребления каждого
из них — 20 Вт. Бортовое напряжение может колебаться в пределах от
18 до 28 В. Учитывая хороший запас по входному напряжению, можно
применить линейный стабилизатор напряжения, проблем с помехами
не будет. Но в результате мы имеем ток потребления от бортовой се-
ти около 10 А независимо от напряжения, что само по себе величина
не малая (соответствует не более чем 10 часам автономной работы
при емкости резервного аккумулятора 100 А ч). Дополнительным недо-
статком является тепловыделение на стабилизаторе напряжения: 10 Ах
х(28 — 12) В = 160 Вт (пиковое значение). Без применения принуди-
тельного обдува для рассеяния такой мощности потребуется радиатор
площадью 0,8 м2 при перепаде температуры 20 °C. В то же время при-
менение в данном случае понижающего ИБП с КПД 90 % позволит:
• почти вдвое снизить потребляемый из бортовой сети ток;
• примерно до 12 Вт снизить рассеиваемую стабилизатором мощ-
ность;
• увеличить время автономной работы примерно вдвое.
В данном примере, довольно типичном для станций радиомони-
торинга, наглядны преимущества ИБП. Отметим, что импульсные по-
нижающие стабилизаторы напряжения, удовлетворяющие требованиям
данного примера, довольно широко представлены специализированны-
ми микросхемами. Интегральные микросхемы этого назначения мо-
гут иметь минимальное дополнительное число дискретных элементов
Опыт применения ИБП в оборудовании радиомониторинга показывает,
что залогом успешной борьбы с паразитными излучениями в первую
очередь является правильный подход к проектированию печатных плат
изделия и конструкции его экранов, следующий из общефизических за-
конов распространения электромагнитной энергии.
Представляет интерес тот факт, что помехи от импульсных бло-
ков питания существенны для аппаратуры, работающей в диапазоне
частот до 100...200 МГц Для аппаратуры с более высокочастотными
диапазонами больше проблем создают излучения ее цифровой части.
К ней относятся схемы аналого-цифрового преобразования, все виды
сигнальных и управляющих процессоров, микросхемы программируе-
мой и жесткой логики, а также устройства отображения и обработки
например ПЭВМ. Все эти составные части аппаратуры работают на так-
товых частотах от единиц до сотен мегагерц, а спектр гармоник и шу-
мов, ими вырабатываемый, простирается до нескольких гигагерц. Бо-
роться с помехами от цифровой части сложнее, чем с помехами от
ИБП, несмотря на меньший размах напряжений и токов первой гармо-
ники. Это связано с очень высокой скоростью переключения совре-
Системы определения местоположения ИРИ
451
Рис. 8.38. Блок ПТА. Экран не уста
новлен. Элементы импульсного узла
питания расположены с левой
стороны платы
менных цифровых микросхем, на порядки более высокой, чем у си-
ловых элементов ИБП.
Пример импульсного источника питания малой мощности.
В качестве примера практической реализации ИБП малой мощности
можно рассмотреть узел питания блока панорамно-технического ана-
лиза (ПТА), который представляет собой тракт усиления и фильтрации
промежуточной частоты с ее переносом. Внутренние напряжения пи-
тания: +5 В и —5 В при токе потребления 100 мА. Внешнее питание
8...16 В, нестабилизированное. Полоса пропускания тракта 2 МГц, цен-
тральная частота по входу 10,7 МГц, по выходу 1,6 МГц. Внешний вид
блока приведен на рис. 8 38.
На рис. 8.39 показаны спектры сигнала на выходе блока ПТА от ге-
нератора Г4-164 с эффективным значением —50 дБВ, подключенного к
его входу. На рис. 8.39,п. приведен спектр сигнала при не установлен-
ных экранах узла питания, на рис. 8.39,/?— спектр того же сигнала при
установленных экранах. Как видим, во втором случае помех о г источ-
ника питания практически не наблюдается.
Многоканальный импульсный источник питания. В качестве
другого примера рассмотрим блок питания АРК-БП, предназначенный
для питания мобильных станций радиомониторинга на базе летатель-
ных аппаратов. Внешний вид блока питания приведен на рис. 8.40.
а) б)
Рис. 8.39. Спектр немодулированного сигнала: а — экран узла питания не уста-
новлен, хорошо видны регулярные спектральные составляющие помех от узла
питания; б— плата смонтирована полностью, спектральных составляющих помех
практически нет
452
Глава 8
Рис. 8.40. Блок питания АРК-БП с пультом управления
Блок питания представляет собой многоканальное устройство для
подачи стабилизированного напряжения на одиннадцать нагрузок, име-
ющее девять выходов нестабилизированного сквозного питания, ком-
мутируемого электронными ключами. К блоку подключается резервная
аккумуляторная батарея. Блок автоматически переходит на резервное
питание при сбоях или пропадании основной питающей сети. В составе
блока имеется автоматическое зарядное устройство для обеспечения
работоспособности аккумуляторной батареи.
В состав АРК-БП входят субблоки питания, пульт дистанционно-
го управления, сирена аварийных режимов работы и кабели для под-
ключения пульта и сирены. Основные технические параметры блока
АРК-БП приведены в табл. 8.3.
Таблица 8.3
Основные технические параметры блока питания АРК-БП
Параметр Значение Примечание
Входное напряжение, В Число выходов стабилизированно- го напряжения Число выходов нестабилизирован- ного напряжения Выходы 1, 2 Выходы 3-5 Выходы 6-9 Выход 10 Выход 11 Выходы 12-20 Масса, не более Габаритные размеры основного блока, мм, не более Резервный аккумулятор Диапазон рабочих температур, °C Потребляемая мощность при пол- ной нагрузке, Вт, не более 21...31,5 11 9 12±0,25 В, 12 А 27±0,5 В, 6 А 12±0,25 В, 15±0,25 В, 19±0,25 В, 5 А 54-0,2 В, 2 А 12±0,25 В, 2 А 21...31,5 В, 1 А 20 кг 485x200x380 12 В, 17 А-ч + 10...+40 1450 Два выхода для питания радимодемов Три выхода Четыре выхода с регу- лируемым напряжением для питания ПЭВМ Один выход для питания аппаратуры навигации Один выход для питания сетевого концентратора Девять сквозных каналов Два аккумулятора
Системы определения местоположения ИРИ
453
Рис. 8.41. Блок питания АРК-УБП12
Блок предназначен для электропитания радиоаппаратуры трех по-
стов радиомониторинга, четырех промышленных ПЭВМ, аппаратуры на-
вигации и радимодемов для передачи данных.
Универсальный блок питания
АРК-УБП12. Еще один пример ИБП —
это блок питания АРК-УБП 12, разра-
ботанный для мобильных станций ра-
диомониторинга на базе автомобиля.
Блок питания также представляет со-
бой многоканальное устройство для
подачи стабилизированного напряже-
ния на четыре нагрузки, а нестаби-
лизированного напряжения — на три
нагрузки. Особенность блока пита- Рис. 8.42. Пульт дистанционного
ния — наличие резервной аккумуля- управления для АРК-УБП12
торной ба гарей с емкостью 190 А-ч.
Внешний вид блока приведен на рис. 8.41. Управление блоком пита-
ния АРК-УБП 12 ведется при помощи пульта дистанционного управления
(ПДУ), который изображен на рис. 8.42.
Блок питания имеет жесткий корпус, в который по направляющим
вставлены функциональные модули: блок контроля и автоматики, четы-
ре модуля преобразователей напряжения, три модуля сквозного пита-
ния, блок заряда аккумуляторов и модуль электронных ключей.
Блок питания обеспечивает:
• автоматический переход на питание от резервной аккумуляторной
батареи при сбоях или пропадании основного питающего напряже-
ния блока;
• автоматический заряд резервной аккумуляторной батареи (в «фо-
новом» или «рабочем» режимах);
• защиту от ложных включений (выключений) в условиях повышенной
вибрации;
• аварийную звуковую сигнализацию отклонений от номинала какого-
либо из выходных стабилизированных напряжений или пропадание
нестабилизированного напряжения;
• визуальную индикацию режимов работы блока, измерение выход-
ного напряжения и тока по любому входу или выходу блока.
Основные технические параметры блока питания АРК-УБП 12 приве-
дены в табл. 8.4.
454
Глава 8
Таблица 8.4
Основные технические параметры АРК-УЫТ12
Параметр Значение Примечание
Входное напряжение, В Число выходов стабилизированного на- пряжения Число выходов нестабилизированного напряжения Выход 1 Выходы 2-4 Выходы 6-8 Потребляемая мощность, Вт Масса, кг Габаритные размеры БП, мм, не более Габаритные размеры ПДУ, мм, не более 9,5...16,5 4 6 23,5...27,5 В. 7 А 15 ± 0,5; 19 i 0,5 и 21 ± 0,5 В, 8 А 9,5...16,5 В, 12 А не более 500 не более 10 485x200x380 135x120x75 Три выхода для питания ПЭВМ Три сквозных канала
В состав блока входят четыре преобразователя напряжения и шесть
коммутаторов напряжения питания (сквозных каналов), блок контроля
и управления, блок для зарядки аккумуляторов, пульт дистанционного
управления, модуль управления ключами.
Входное напряжение питания поступает на блок контроля и авто-
матики, который анализирует величину этого напряжения, а также сте-
пень заряженности резервной аккумуляторной батареи. При включении
блока питания входное напряжение через соответствующий электрон-
ный ключ поступает на четыре преобразовательные ячейки, на заряд-
ное устройство и на модули сквозного питания.
При падении напряжения на резервной аккумуляторной батарее ни-
же заданного значения блок управления автоматически подает команду
на включение зарядного устройства. В случае сбоев входного пита-
ния блок автоматики подключает резервную аккумуляторную батарею
через электронный ключ.
Структурная схема блока приведена на рис. 8.43.
Блок питания устанавливается в техническом отсеке автомобиля,
управление его режимами проводится при помощи ПДУ, вынесенного
в салон операторов, как показано на рис. П15 вклейки. Пульт дистан-
ционного управления (см. рис. 8.43) имеет индикаторы «Сеть», «Борт»
и «Акк», которые показывают наличие входных напряжений и их значе-
ний. Индикатор «Сеть» показывает наличие напряжения 220 В от бензо-
генератора или подключенной к автомобилю внешней сети, индикатор
«Борт» индицирует наличие бортового напряжения от дополнительного
электрогенератора с отбором мощности от двигателя автомобиля, ин-
дикатор «Акк» показывает состояние резервного аккумулятора. В зави-
симости от соответствия входного напряжения норме индикаторы све-
тятся зеленым или красным цветом. Если к блоку питания подключено
в данный момент несколько входных напряжений, то блок автоматиче-
ски выбирает входное напряжение в соответствии с приоритетом: сеть,
Системы определения местоположения ИРИ
455
Or источника
Рис. 8.43. Структурная схема блока питания АРК-УБП12
борт, резервный аккумулятор. Если в данный момент идет зарядка ре-
зервного аккумулятора, то светится индикатор «Заряд».
Пульт дистанционного управления имеет звуковую индикацию ава-
рийных режимов, при необходимости звуковую сирену можно отключить
кнопкой включения/отключения звука, при этом индикатор «^» светится
зеленым цветом, если подача звукового сигнала разрешена.
Кнопками U1-U9 оператор может выбрать напряжение питания, ко-
торое он хотел бы включить или выключить. В случае если выходное
напряжение хотя бы одного включенного модуля не соответствует нор-
ме и разрешен звук (светится индикатор над кнопкой «cfl»), то будет
подан звуковой сигнал, сигнализирующий об аварийной ситуации. На
цифровом индикаторе «I, А» отображается суммарный ток, потребляеый
всеми включенными модулями, а на «U, В» — напряжение на входе этих
модулей. При нажатии на любую кнопку — «Сеть», «Борт» или «Акк» на
индикаторе «U, В» кратковременно высвечиваются значения напряже-
ния и тока в соответствующей цепи.
В процессе работы оператор по своему желанию может включать
или отключать напряжение на выходах модулей при помощи кнопок
U1-U9 (все состояния сохраняются в энергонезависимой памяти по-
сле выключения питания).
В системе электропитания станции «Аргумент» реализован режим
зарядки аккумулятора и при выключенном блоке питания. Аккумулятор
может заряжаться от автомобильного генератора во время движения
автомобиля или от сети переменного тока 220 В во время стоянки, За-
рядка включается автоматически при запуске двигателя, запуске элек-
тробензогенератора или подаче внешнего напряжения питания от се-
ти переменного тока 220 В.
456
Глава 8
Таблица 8.5
Взаимосвязь кнопок ПДУ и аппаратуры станции
Кнопка ПДУ Номер модуля Номер разъема Напряже- ние, В Адресация
U1 5 1 15, 19, 21 Пост № 1. Питание ПЭВМ
U2 4 1 15, 19. 21 Пост № 2. Питание ПЭВМ
из 3 1 15, 19, 21 Пост № 3. Питание ПЭВМ
U4 6 1 12 Пост № 1. Питание АРК Д1ТР
U5 6 2 12 Пост № 2. Питание радиомодема пере-
дачи данных
U6 7 1 12 Пост № 3. Питание АРК РД4
U7 7 2 12 Питание концентратора локальной сети
ПЭВМ
U8 8 1 12 Питание АРК-КН 1 (GPS)
U9 2 1 27 Питание АРК-МК1М или АРК-МК4
В табл. 8.5 для примера приведено соответствие кнопок управле-
ния ПДУ и подключенной к блоку питания аппаратуры для мобильной
станции «Аргумент», состоящей из трех постов.
Таким образом, блок питания АРК-УБП12 обеспечивает электро-
питание для радиоаппаратуры мобильной станции «Аргумент», включая
аппаратуру навигации и передачи данных.
Использование автономных электростанций. Для электропита-
ния мобильных и портативных станций радиомониторинга при работе на
стоянках необходимо использовать автономные электрогенераторы. Из
возможных видов автономных электрогенераторов в настоящее время
наиболее распространены автономные электробензогенераторы (ЭБГ).
Рассмотрим особенности использования этих автономных источни-
ков применительно к станциям радиомониторинга, в которых суммарное
потребление радиоаппаратуры и ПЭВМ не превышает 400...500 Вт.
Обзор каталогов основных производителей автономных ЭБГ пока-
зывает отсутствие моделей с номинальной мощностью нагрузки менее
650 Вт. Это обусловлено, по-видимому, тем, что нет широкого рынка
сбыта маломощных генераторов, кроме того, их стоимость сопостави-
ма с более мощными агрегатами. ЭБГ мощностью от 650 Вт до 1,5 кВт
можно разделить на две группы: первая — с классическими синхронны-
ми или асинхронными однофазными генераторами и частотой вращения
двигателя 3000 об/мин; вторая — с инверторным получением напря-
жения 220 В. При этом и в первой, и во второй группе ЭБГ находят
применение четырехтактные и двухтактные бензиновые двигатели.
ЭБГ с классическими синхронными или асинхронными однофазны-
ми генераторами и частотой вращения двигателя 3000 об/мин, как пра-
вило, имеют вес от 19 до 22 кг (с пустым бензобаком). ЭБГ с инвертор-
ным получением напряжения 220 В имеют вес от 13 кг и немного мень-
шие габаритные размеры, чем классические. Это достигнуто за счет
повышения частоты вращения генераторов, при этом уменьшаются га-
Системы определения местоположения ИРИ
457
баритные размеры и двигателя, и генератора, и за счет формирования
сетевого напряжения 220 В электронным преобразователем.
Применение электронного преобразователя (инвертора) с большой
вероятностью влечет за собой наличие помех радиочастотного диапа-
зона, что может сделать подобный ЭБГ непригодными для работы в
составе станций радиомониторинга. При этом следует отметить, что
классические синхронные генераторы в бесколлекторном исполнении
тоже могут создавать высокочастотные помехи.
Таким образом, применение в станциях радиомониторинга, осо-
бенно портативных, классического электрогенератора ограничивается
массогабаритным фактором. А применение легких генераторов ин-
верторного типа требует их проверки на пригодность с точки зрения
возможных радиопомех.
Какой двигатель, двухтактный или четырехтактный, предпочтитель-
нее? Четырехтактный двигатель запускается легче двухтактного двига-
1еля и работает на чистом бензине без добавления специального мас-
ла. Правда, он требует через 25... 100 часов работы замены моторного
масла в картере. Моторное масло может быть общего применения, сле-
довательно, недорогим. Двухтактные двигатели легче четырехтактных
по весу, но их главный недостаток — работа на бензине с добавлением
специального моторного масла, обычно в пропорции 1/30... 1/50 от объ-
ема топлива. Масло для двухтактных двигателей, а они и на агрегатах
российской сборки импортные, можно купить только в крупных горо-
дах. Единственная отечественная замена — касторовое масло, которое
можно применять в тех же пропорциях.
Таким образом, по надежности работы в сочетании с доступно-
стью расходных (смазочных) материалов более предпочтительны ЭБГ с
четырехтактным двигателем. При этом следует помнить, что примене-
ние легких четырехтактных агрегатов с генератором инверторного типа
требует обязательной натурной проверки генератора на отсутствие ра-
диопомех. Интервал цен на ЭБГ рассматриваемого класса составляет
ог 250 до 3000 долларов США.
Электрогенераторы низшей ценовой категории обычно выполнены
на базе максимально упрощенных двухтактных двигателей. Они вполне
пригодны для эпизодического резервирования сети 220 В, но их нель-
зя рекомендовать для продолжительной работы. Следует учитывать,
что реальный ресурс работы двигателей малых электрогенераторов до
капитального ремонта, как правило, не превышает 1000 часов (ресурс
двигателя хорошего автомобиля, как правило, не более 10000 часов).
Отсюда следует, что при эксплуатации 12 часов в сутки период до ка-
питального ремонта двигателя составит не более трех месяцев.
От электрогенераторов верхней ценовой категории можно ожидать
в два-три раза большего ресурса двигателя, но это, как и для недорогих
моделей, при безусловном соблюдении правил эксплуатации. Послед-
ние заключаются в применении соответствующих смазочных материа-
458
Глава 8
лов, топлива и своевременной замене воздушных и топливных филь-
тров, как и для автомобиля.
При выборе электрогенератора для питания станции необходимо
учитывать возможные режимы эксплуатации. Кроме веса собственно
электрогенератора, необходимо учитывать вес и объем необходимых
расходных материалов Следует учитывать, что часовой расход топлива
даже на холостом ходу будет превышать 0,3 литра. Реальный расход
при ожидаемых нагрузках 150.. 500 Вт будет составлять около 0,5 л/час.
При круглосуточной работе это составит примерно 10 л в сутки или 10
кг дополнительного веса на каждые сутки автономной работы.
При возможной автономной работе в данном режиме более четы-
рех суток необходимо предусматривать замену моторного масла. Мак-
симальный интервал замены — 100 часов, как и для автомобиля, в кото-
ром требуется менять масло через каждые 10000 км пробега. Отметим,
что фильтрация масла в двигателях электрогенераторов, как правило,
отсутствует, в отличие от двигателей автомобилей.
Для обеспечения непрерывной работы в состав автономной стан-
ции должен входить резервный аккумулятор. Его минимальная емкость
определяется длительностью процедуры по дозаправке и обслужива-
нию ЭБГ и может составлять 3...10 А-ч. При длительной автономной
работе станции оказывается выгодным комплектование аккумулятором
большой емкости, достаточной на 10... 12 часов непрерывной работы.
Если станция состоит из одного поста радиомониторинга и пеленгова-
ния, радиоаппаратура которого потребляет 20...50 Вт, и ПЭВМ, которая
потребляет 50...80 Вт, то для 12 часов непрерывной работы необходим
аккумулятор емкостью 120... 190 А-ч напряжением 12 В.
Возможны и другие режимы, например, когда станция 4 часа ра-
ботает от аккумулятора и 4 часа от ЭБГ, причем происходит заряд ак-
кумулятора от ЭБГ. В этом случае емкость резервного аккумулятора
можно уменьшить. В любом случае такой режим работы сначала от
аккумулятора, затем от ЭБГ с зарядкой аккумулятора, потом снова от
аккумулятора и т.д. предпочтителен, поскольку КПД ЭБГ при неполной
нагрузке невысок. Двигатель вращает сам себя и компенсирует потери
на трение в генераторе. Использование ЭБГ для зарядки аккумулято-
ра одновременно с обеспечением электропитания комплекса несколько
увеличивает часовой расход топлива, но позволяет останавливать ЭБГ
на продолжительное время. Коэффициент использования может соста-
вить 50 % и менее. Это позволит для недельной автономной работы
уменьшить запас топлива примерно вдвое, что вполне компенсирует
вес аккумулятора емкостью порядка 110 А-ч и напряжением 12 В. Кро-
ме того, наработка ЭБГ за неделю не превысит 100 часов, что позволит
увеличить интервал между заменой масла примерно до 10 дней.
Другой альтернативой ЭБГ, особенно при автономной работе бо-
лее недели, могут оказаться солнечные панели. Согласно каталогу
FARNELL, солнечная батарея SAVER PRO Kit фирмы ICP номинальной
Системы определения местоположения ИРИ
459
мощностью 30 Вт весит 8,3 кг и обеспечивает среднюю отдачу энергии
840 Вт-ч в неделю. Она состоит из двух модулей размером 965х25х
хЗЗО мм и предназначена для работы со свинцовыми аккумулятора-
ми. Единичные экземпляры по каталогу стоят около 200 долларов США.
Ценное качество солнечных батарей — бесшумность работы.
Пять-десять таких батарей вполне могут обеспечить работу ком-
плекса со средней потребляемой мощностью 150 Вт с одновременной
зарядкой аккумулятора в дневное время для ночной работы. Вес деся-
ти батарей составляет около 80 кг, что меньше суммарного веса ЭБГ с
запасом топлива для недельной работы. При этом гарантируется резер-
вирование, так как солнечные панели подключаются параллельно и при
выходе из строя части из них работоспособность комплекса сохранит-
ся, Более дорогие солнечные панели (3600 долларов США за 10 ком-
плектов) могут составить конкуренцию ЭБГ ввиду отсутствия расходных
материалов. Стоимость только бензина на час работы ЭБГ рассматри-
ваемого типа составит примерно 10 рублей или 0,3 доллара США. Для
ожидаемого ресурса ЭБГ 1000 часов расходы на топливо составят не
менее 300 долларов плюс порядка 50 долларов на смазочные материа-
лы Кроме того, через 1000 часов, или всего через 42 дня непрерывной
работы ЭБГ низшей ценовой категории подлежит или списанию, или,
как минимум, крупному ремонту. В то время солнечные панели имеют
наработку не менее двух-трех лет для гибких панелей и до 25 лет — для
твердотельных кремниевых панелей. Следует учитывать, что в рассмот-
ренном примере использована розничная цена солнечных батарей
8.13. Мачтовые устройства
для станций радиомониторинга
Для подъема антенных систем радиоприемного оборудования и
модемов передачи данных необходимо использовать мачтовые устрой-
ства. Рассмотрим характеристики трех подобных устройств: телеско-
пических диэлектрических мачт АРК-МТ1, АРК МТ2 и телескопической
металлической мачты АРК-МТЗ.
Телескопическая диэлектрическая мачта АРК-МТ1 предназначена
для установки измерительных антенн или другого радиооборудования,
например преобразователя радиосигналов АРК-КНВ4 (рис. 8.44). Вы-
сота мачты 5,5 м. Мачта может устанавливаться как на грунте, так и на
транспортном средстве, имеет механизм поворота вокруг вертикальной
оси и лебедку с ручным приводом подъема. Если мачта устанавли-
вается на кузов транспортного средства, то при опущенном верхнем
звене допускается движение со скоростью до 10 км/ч. В нерабочем
состоянии мачта укладывается в пенал мобильной станции «Аргумент».
Использование диэлектрического материала для корпуса мачты умень-
шает ошибки измерения напряженности электромагнитного поля.
Мачта телескопическая диэлектрическая с дистанционным управ-
лением АРК-МТ2 предназначена для установки измерительных антенн
460
Глава 8
а)
б)
в)
Г)
Рис. 8.44. Диэлектрическая мачта
АРК-МТ1: а — с измерительной антен
ной, установленная на грунт; б — руч-
ная лебедка и лимб для измерения уг-
ла поворота; в — с конвертером АРК-
КНВ4 и измерительной антенной П6-
61; г — в пенале станции «Аргумент»
или другого радиооборудования (рис. П16 цветной вклейки) Высота
мачты 6 м, особенность мачты — электрический дистанционно управля-
емый привод подъема и поворота мачты. Мачта не требует установки
растяжек, может монтироваться на кузов автомобиля. В сложенном
состоянии допускает движение автомобиля. Мачта управляется при по-
мощи дистанционного пульта или от ПЭВМ. Высокая точность измере-
ния напряженности поля достигается за счет верхнего диэлектрического
звена Мачта может использоваться составе автоматических пеленга-
торов с вращающимися антеннами.
Мачта телескопическая металлическая АРК-МТЗ предназначена для
установки антенн радиопеленгаторов. В зависимости от числа звеньев
ее длина 9, 12 или 15 м. Мачта имеет дюралевый трехзвенный или
четырехзвенный корпус и лебедку с ручным приводом подъема. Мачта
может устанавливаться как на грунт, так и на кузов автомобиля, как
показано на рис. П17, П18 вклейки.
Системы определения местоположения ИРИ
461
Таблица 8.6
Технические характеристики мачтовых устройств
Характеристика АРК-МТ1 АРК-МТ2 АРК-МТЗ
Максимальная высота подъема, м 5,5 6 9, 12, 15
Габаритная длина в транспортном положении, м 2,87 3,1 3,13
Основной диаметр корпуса, мм 110 — 85
Угол поворота вокруг вертикальной оси, град 360 360 —
Точность позиционирования, град 1 1 —
Максимальный вес устанавливаемого оборудо- 6 12 32
вания, кг Минимальный вес оборудования, кг 3 3 8
Усилие на рукоятке, кг, не более 3 — 4
Время разворачивания, мин 15 1,5 20
Масса мачты без растяжек и анкеров, кг, не 12,4 14,4 21,7; 29
более Напряжение питания электропривода, В — 12 —
Основные технические характеристики мачтовых устройств приве-
дены в табл. 8.6.
8.14. Заключительные замечания
В настоящей главе рассмотрен состав, построение, организация
управления и функции программного обеспечения многопозиционных
систем радиомониторинга и автоматизированного определения место-
положения источников излучения. Существенный фактор, определяю-
щий работоспособность многопозиционной системы, — это надежная
подсистема передачи данных. Для обмена данными между стационар
ными постами целесообразно использовать высокоскоростные каналы
передачи данных, а для организации связи с мобильными и развора-
чиваемыми постами — низкоскоростные. В последнем случае в зави-
симости от требований и назначения системы возможно использование
автономных узкополосных радиомодемов или радиомодемов сотовых
систем радиосвязи. Периферийные посты системы могут работать в
режиме дистанционного управления.
Аппаратура, входящая в систему АРК-ПОМ, имеет унифицирован-
ную конструкцию. Ядром аппаратуры является портативное цифро-
вое панорамное радиоприемное устройство «Аргамак». Его тактико-
технические характеристики обеспечивают эффективность системы в
целом. Несмотря на портативность исполнения отдельных устройств,
система имеет высокие скорости обзора и пеленгования, высокую чув-
ствительность и большой динамический диапазон.
Проанализировано возможное построение автоматизированной си-
стемы радиоконтроля для крупного региона или страны в целом. Систе-
ма имеет иерархическую организацию, при этом является масштабиру-
емой. В целях обеспечения унификации, упрощения развертывания и
сопровождения системы во всех узлах системы использованы однотип-
ные унифицированные программные пакеты — серверы радиоконтроля,
462
Глава 8
которые управляют аппаратурой радиоконтроля и подчиненными узлами
системы, получают команды от вышестоящих уровней и отправляют им
результаты работы. Возможность использования разнотипного радио-
измерительного оборудования и одновременнпо унификация процессов
управления достигаются с помощью унифицированного протокола уп-
равления. К достоинству предложенного способа построения системы
относится то, что при изменении структуры базы данных радиоконтро-
ля или появлении новых задач не возникает необходимости в моди-
фикации драйвера аппаратуры. Кроме того, соблюдается требование
информационной безопасности, поскольку в этом случае не требуется
открытой структуры базы данных.
Станции территориально распределенной системы должны иметь
навигационное оборудование, точность которого согласована с точно-
стью аппаратуры пеленгования. Показано, что наиболее предпочтитель-
на комбинированная навигационная система, построенная с использо-
ванием спутниковых инерциальных систем, а в отдельных случаях до-
полненная магнитными навигационными приборами.
Рассмотрено построение интегрированной навигационной система
АРК-КН2, которая объединяет спутниковую и инерциальную системы и
позволяет вычислять координаты и курсовой угол станции как в дви-
жении, так и на стоянке При этом обеспечивается повышенная по
сравнению с обычными спутниковыми системами точность расчетов и
скорость выдачи навигационных данных, а также достоверность кур-
са и координат при любом маневрировании, стоянке и кратковремен-
ных потерях спутниковых сигналов. Технические решения, положенные
в основу системы АРК-КН2, позволяют использовать приемники дру-
гих спутниковых систем, например ГЛОНАСС или GALILEO. Конструк-
тивные, схемотехнические и алгоритмические решения, а также малые
вес и габаритные размеры, низкое энергопотребление, небольшая сто-
имость делают возможным адаптацию навигационной системы для но-
симых и разворачиваемых комплексов радиоконтроля, в которых тре-
буется иметь привязку не только к географическим координатам, но и
к ориентации антенных систем.
Надежность системы электропитания радиоконтрольного оборудо-
вания является необходимым условием бесперебойной работы ком-
плекса. В главе рассмотрены вопросы электропитания радиоаппара-
туры как во время движения, так и на стоянке, показаны преимуще-
ства использования импульсных источников питания, даны рекоменда-
ции по применению автономных электростанций для питания мобиль-
ных и портативных станций.
Унификация радиооборудования системы АРК-ПОМ обусловила ис-
пользование на всех постах унифицированного пакета ПО. Это ускоряет
инсталляцию постов системы, упрощает обучение операторов и облег-
чает работу. Программное обеспечение системы АРК-ПОМ реализует
Системы определения местоположения ИРИ 463
все необходимые функции для пеленгования, местоопределения, опо-
знавания, измерения параметров ИРИ с произвольными видами пере-
дачи, включая радиостанции со скачкообразным изменением частоты,
поддерживает удаленное управление постами системы как по высоко-
скоростным, гак и по низкоскоростным каналам связи. В последнем
случае используется сокращение объема передаваемой информации
за счет сжатия данных.
Глава 9
Локализация источников
радиоизлучения мобильной
станцией и измерение
напряженности поля
Определение местоположения ИРИ мобильной станцией радиомо-
ниторинга является сложной задачей ввиду многолучевого распростра-
нением радиоволн и зачастую отсутствия прямой видимости источника
радиоизлучения. Совместная работа мобильной станции с сетью по-
стов радиопеленгования стационарной системы значительно упрощает
и ускоряет процедуру местоопределения. Но стационарная система, как
правило, не обеспечивает полного покрытия всей необходимой терри-
тории, а поэтому задача определения местоположения ИРИ одиночной
мобильной станцией заслуживает подробного рассмотрения.
9.1. Пеленгование в условиях
городской застройки
Определение местоположения источников радиоизлучения мобиль-
ным пеленгатором в условиях плотной застройки является наиболее
сложной задачей, поскольку принимаемое пеленгатором электромаг-
нитное поле всегда является результатом сложения множества случай-
ных компонентов, обусловленных отражением от местных предметов:
неровностей рельефа, зданий, сооружений, построенных из разных ма-
териалов, линий электропередач, автомобилей и других объектов, а так-
же дифракцией. Так как эти компоненты имеют случайные амплитуды
и фазы, то суммарное поле также будет случайно меняться. При дви-
жении станции будет наблюдаться изменяющаяся интерференционная
картина, когда уровень принимаемого сигнала меняется относитель-
но некоторого среднего значения. Положение усугубляется тем, что в
большинстве случаев в условиях города между антенной пеленгуемого
источника и мобильным пеленгатором нег прямой видимое г и.
В подтверждение сложности задачи рассмотрим результаты пе-
ленгования источника радиоизлучения в городских условиях мобильной
станцией «Аргумент», у которой инструментальная ошибка пеленгования
Локализация источников радиоизлучения
465
Рис. 9.1. Маршрут движения мобильной станции и местоположение источника
излучения
на частотах выше 100 МГц имеет значе-
ние не более 3°, причем с увеличением
частоты ошибка уменьшается и на часто-
те 900 МГц не превышает 1,5°.
На рис. 9.1 белой линией показан
маршрут движения станции от точки 1 к
точке 2. Скорость автомобиля примерно
40 км/час. Во время движения проводи-
лось пеленгование источника, текущие
Рис. 9.2. Зависимость
вероятности вычисления
истинных пеленгов от ошибки
пеленгования и частоты
сигнала f
значения пеленгов и координаты пелен-
гатора сохранялись в базе данных. Ис-
точник радиоизлучения малой мощности
располагался в здании и работал на ча-
стотах 126, 353 и 900 МГц. На рис. 9.1
местоположение источника обозначено точкой 4.
После прохождения маршрута были вычислены оценки вероятности
отклонения значений пеленгов от истинного направления. Результаты
вычислений представлены на рис. 9.2 в виде зависимости вероятности
Р получения пеленга а с ошибкой пеленгования Д - |амст — а[, где
осист — истинный азимут от мобильной станции на источник излучения
Как видно из приведенных кривых, на всех трех частотах вероятность
466
Глава 9
взятия пеленгов с ошибкой меньшей 2,5° не превышает одной десятой,
с ошибкой меньшей 5° не превышает двух десятых. С увеличением
частоты вероятность взятия «истинных» пеленгов заметно уменьшается,
что можно объяснить ростом числа переотражений.
Таким образом, пеленгование источника радиоизлучения в услови-
ях города сопряжено с серьезными трудностями, а получение надежной
оценки координат источника невозможно без применения совершенных
методов статистической обработки результатов пеленгования.
9.2. Методы локализации источников
радиоизлучения мобильной станцией
В мобильных станциях «Аргумент» для определения местоположе-
ния источников используется несколько методов метод привода; квази-
стационарный метод и метод вычисления координат источников в дви-
жении [20]. Кроме того, возможны комбинированные методы, когда два
или три перечисленных метода используются одновременно.
Метод привода основан на движении мобильного пеленгатора в
зону расположения источника радиоизлучения по направлению пелен-
га. С уменьшением расстояния до источника увеличивается амплитуда
пеленгуемого сигнала, что служит дополнительным признаком движе-
ния пеленгатора в правильном направлении. В этом случае обычно
используется одноканальный режим пеленгования источника.
Окно программы СМО-ППК в режиме одноканального пеленгова-
ния при поиске источника излучения по методу привода показано на
рис. 9.3. В интерфейсе окна имеются средства, облегчающие операто-
ру поиск источников по методу привода. Это графики истории амплитуд
(слева вверху) и истории пеленгов (в центре). Графики историй име-
ют общую ординату, на которой выводится время. Абсциссой графика
истории амплитуд служит уровень пеленгуемого сигнала в децибелах,
а абсциссой истории значений пеленгов — пеленг в градусах. Графики
истории позволяют проследить во времени динамику изменения ам-
плитуды сигнала и пеленгов от источника излучения. Кроме того, на
лимбе вместе с мгновенными значениями пеленга отображается кри-
вая плотности распределения пеленгов по направлению (гистограмма
пеленгов), максимум которой соответствует направлению наиболее ве-
роятного прихода пеленгов. Изменение направления максимума кривой
распределения пеленгов фиксируется на графике истории пеленгов. В
условиях сильной интерференции направление максимума показывает
предпочтительное направление движения пеленгатора.
В данном окне изображены графики истории амплитуд и пеленгов,
полученные при движении станции от точки 4 к точке 2 (см. рис. 9.1).
Возрастание амплитуды сигнала от —50 до —30 дБ и пеленгов в пе-
реднем секторе свидетельствуют, что вначале автомобиль приближал-
ся к источнику радиоизлучения, затем источник остался с левой сторо-
ны по ходу движения, так как пеленги переместились в задний левый
Локализация источников радиоизлучения
467
UЛй и
14СЙЧ
135
so •
№833-3
136
14X8:57-
IZtT
1S1I
ISO
18U
,10'
3530
<Мйп ftertfrr Ресжнок-рслл^ры Сервис 0*»*о Лгмощи
м я’ЙГ? д Ум У У т ! а е Jig'<5 » ❖ • У ¥о
• A * <£ М «в'ь*м dlfe : AU-F^Tsi ||is<wwV'j}A* iz«
X Jfltaei» COW»» ©ясвоо jjssiMo [Jikot? X Л- ШН<х» 2)i»wj2]35soo0 QJmi.cu I
mrjrлтртчмпгпи]™^ir«»pii4|f<l|(tin|йр*Й|1'<Г|1 МЦЯШЪ ГГр1ИрТ| 1рГ1.’ЛГ||
В Ж9 353 *531 Э&2 3633 353.4 363 5 3536 353.? 353.8 353? ЗЯ
21 4 iic /
р», 11 rtirji гптрптрпгпг,• rrnpci р жфг! rprrqta IjfTfli f rifpnrrntTp»»-
3W1 3522 352.3 3W< 352S 3626 3527 ЗЙЯ
Ж».Ж»(!К *1. '^Г Пяйг^зл'"Т КП’ м<ё "'*ль
Рис. 9.3. Окно программы СМО-ППК в режиме «Пеленг»
сектор, а амплитуда сигнала стала уменьшаться. Теперь для точно-
го выхода на источник мобильный комплекс должен развернуться на
180° и вернуться назад.
Достоинствами метода привода являются сравнительно небольшое
время поиска и уменьшение влияния ошибок, вызванных окружающи-
ми объектами, поскольку комплекс все время находится в движения. К
недостаткам метода относятся то, что во время поиска источник радио-
излучения должен периодически выходить в эфир, а также возможная
потеря скрытности проведения операции из-за приближения станции к
источнику излучения на небольшую дистанцию.
Квазистационарный метод основан на получении нескольких от-
дельных измерений пеленгов из фиксированных точек, которые нахо-
дятся на значительном удалении ог объекта (рис. 9 4).
При этом подходе выбирается место расположения мобильного пе-
ленгатора, желательно вдали от источников систематических помех —
высоких зданий, линий электропередач, трамвайных путей, металличе-
ских оград и подобных объектов. Целесообразно, чтобы пеленгатор
располагался на господствующей возвышенности. Включается режим
накопления и построения гистограммы пеленгов. В течение некоторого
интервала времени пеленги накапливаются. По одному или нескольким
максимумам гистограммы пеленгов на карте прокладываются направ-
ления пеленгов. Затем пеленгатор перемещается на следующую пози-
цию, и процедура пеленгования повторяется. По результатам прокладки
468
Глава 9
Рис. 9.4. Квазистационарный метод определения местоположения источника
пеленгов из нескольких стационарных позиций рассчитывают местопо-
ложения ИРИ. При необходимости оператор может выбирать из базы
данных позиции и пеленги для расчета.
Квазистационарный метод позволяет использовать для пеленгова
ния развернутую на мачте выносную пеленгационную антенную систе-
му, которая имеет большую чувствительность и точность пеленгования
по сравнению с антенной на крыше автомобиля и обеспечивает боль
ший радиус зоны действия.
К достоин ст вам квазистационарного метода можно отнести нагляд
ность получаемых результатов, возможность работы на значительном
удалении от источника, что облегчает скрытное проведение процедуры
пеленгования. К недостаткам метода относятся необходимость выбора
«хороших» позиций для пеленгования источника и развертывания ан
тенной системы на мачте, что, как правило, сопряжено с затратами
времени, а также возможность получения ошибочных пеленгов за счет
влияния объектов, окружающих позицию.
Для эффективного применения метода целесообразно заранее
найти позиции, пригодные для пеленгования радиостанций в заданном
районе, и отработать маршрут быстрого перемещения станции от од
ной позиции к другой.
9.3. Методы автоматического
вычисления координат источников
в движении
Если в состав мобильной станции входит быстродействующее ра
диооборудование, навигационная аппаратура и соответствующее про
Локализация источников радиоизлучения
469
граммное обеспечение, то, как свидетельствует практика, операторы
мобильных станций активно используют метод вычисления координат
ИРИ в движении. Это объясняется тем, что при движении станции про-
исходит непрерывный прием радиосигналов, что особенно важно при
пеленговании периодически или кратковременно работающих источ-
ников, также возможно использование многоканального пеленгования
для определения координат нескольких ИРИ одновременно, обеспечи-
вается скрытность работы станции, поскольку она находится в пото-
ке городского транспорта. При этом, не запрещено пользоваться ме-
тодом привода или, если встречается хорошая позиция, например на
доминирующей высоте, то поработать на остановке, а затем продол
жить поиск в движении.
Использование метода вычисления координат ИРИ в движении ста-
новится возможным при наличии программного обеспечения, позволя-
ющего работать с одиночной мобильной станцией как с территориально
распределенной многопозиционной системой. В специальном матема-
тическом обеспечении картографии и навигации СМО-КН для мобиль-
ной станции радиомониторинга «Аргумент» реализовано несколько ме-
тодов оценки координат ИРИ [24, 58]’
• матричный метод;
• кластерный метод;
• метод максимума правдоподобия;
• амплитудный метод;
• амплитудно-угломерный метод.
При движении мобильной станции по маршруту проводится непре-
рывное пеленгование источников радиоизлучений, и вся совокупность
пеленгов от начала сеанса используется для расчета местоположения
источников. В процессе сеанса работы по мере накопления пеленгов
с большой базой расчетное положение источников рекуррентно уточ-
няется.
Во всех методах мобильная станция радиомониторинга, находя-
щаяся в движении, рассматривается как многопозиционная система с
поочередной обработкой принимаемых сигналов из точек, составляю-
щих маршрут станции. Определение координат ИРИ осуществляется
пространственно-временной обработкой результатов измерения пелен-
гов или амплитуд принимаемых сигналов.
Матричный метод основан на применении сетки, покрывающей
рабочую зону на карте, шаг сетки подбирается в зависимости от раз-
мера рабочей зоны и требуемой точности. Сетка рассматривается как
растр, пеленги прокладываются по ней растровым алгоритмом [169] и
суммируются по амплитуде в ячейках сетки. В результате получается
трехмерная поверхность, образованная линиями пеленгов, амплитуда
которой будет больше в тех ячейках сетки, где пеленги чаще наклады-
ваются друг на друга и пеленгуемый сигнал имел большее значение.
470
Г лава 9
Рис. 9.5. Пример отображения поверхности пеленгов
Рис. 9.6. Сечение поверхно-
сти пеленгов
Наиболее вероятно, что источник находит-
ся в пределах той ячейки, которой соот-
ветствует наибольшая накопленная амп-
литуда.
Поверхность пеленгов отображается
на карте в виде фигуры с цветовым выде
лением амплитуды, аналогично цветовой
шкале высот, или градациями серого, что
дает оператору наглядную картину распределения пеленгов и их пере-
сечений. Задавая порог отображения в процентах от абсолютного мак-
симума, можно регулировать объем отображаемой информации. При-
мер отображения поверхности пеленгов показан на рис. 9.5.
При одновременной работе нескольких радиостанций на одной ча-
стоте на поверхности пеленгов можно наблюдать два или больше срав-
нимых по величине максимума, что иллюстрирует рис. 9.6.
Для автоматического определения максимумов используется ал
гори гм построчного заполнения [92], в результате находятся изоли
рованные области, амплитуда в которых превышает значение порога,
затем определяются координаты максимума в пределах каждой изо
лированной области. В результате может быть выявлено два или
более источников радиоизлучения, работающих на одной частоте, как
показано на рис. 9.7.
К достоинствам матричного метода можно отнести вычислитель-
ную простоту, что дает возможность использования ПЭВМ с неболь-
шим быстродействием.
Основным недостатком метода является невозможность вычисле
ния координат ИРИ в случае, если мобильная станция перемещается по
Локализация источников радиоизлучения
471
Рис. 9.7. Поверхность пеленгов, образованная двумя источниками
радиоизлучения, работающими на одной частоте
направлению к точке расположения ИРИ. Действительно, в этом случае
пеленги будут проходить через одни и те же ячейки матрицы, в резуль-
тате будет формироваться поверхность в виде протяженного «гребня» с
большой амплитудой, а не в виде локальной области с четко выражен-
ным максимумом в месте расположения ИРИ. Другими словами, ис-
пользование этого метода затруднено при работе мобильной станции
по методу привода. Кроме того, для сети из стационарных пеленгато-
ров при пеленговании неподвижного ИРИ пеленги также будут прохо-
дить через одни и те же ячейки матрицы, создавая «гребни».
Кластерный алгоритм является дальнейшей модификацией мат-
ричного алгоритма. В нем также используется матричная сетка, покры-
вающая рабочую зону на карте. Но в ячейках сетки накапливаются не
линии пеленгов, а точки пересечения линий пеленгов — решения триан-
гуляционной задачи. В результате получается трехмерная поверхность,
образованная точками пересечения пеленгов, амплитуда будет боль-
ше в тех ячейках сетки, где пеленги чаще пересекались друг с другом.
Недостатком кластерного метода является большой объем вычислений,
достоинством — возможность определения местоположения произволь-
ного числа источников радиоизлучения, работающих на одной частоте.
В основе кластерного метода лежит метод моментов [209]. Ис-
ходные данными для расчетов являются: выборка пеленгов @п, изме-
ренных с учётом курсового угла пеленгатора, координаты пеленгатора
на момент приёма Zn = Хп + jYn, где п = 0, — 1 — номер пункта
приёма.
472
Глава 9
Рис. 9.8. Отображение поверхности пеленгов и расчетной точки
по кластерному методу
Измеренные пеленги приравнивают к истинным значениям, зави
сящим от неизвестных координат (х, у) ИРИ
= е.п(х, у) = агд(г(.т, у) - ), (9.1)
где arg(?/) означает операцию вычисления аргумента комплексной функ
ции у. Из выражения (9.1) имеем уравнение линии пеленга
$(и) } П + (‘b(li) ^n)tg
(9.2)
Уравнение линии пеленга есть луч в декартовой системе координат
Представим этот луч как функцию двух переменных
г1, если х = £п, у = $п;
10, если х yj$n\
(9.3)
При однократном пеленговании координаты источника неоднознач
ны, поэтому осуществляют их усреднение по совокупности пеленгов,
полученных в п позициях мобильной станции. Максимизация функции
(9.3) дает оценку координат ИРИ
(±,р) = arg
max J2^n(a;,?/)
(я,?/)'
(9.4)
Локализация источников радиоизлучения
473
Метод максимума правдоподобия основан на описании выбор -
ки некоррелированных пеленгов многомерной нормальной плотностью
распределения вероятностей
w[<^, х, у] = !^/2 ехр
(27rcJ-fl)1Nf2
N-
52 y'lf
П —
(9.5)
где ctq — дисперсия измерений пеленгов, зависящая от инструмен-
тальной ошибки пеленгования, отношения сигнал шум, условий рас-
пространения радиоволн; ёп — выборка значений пеленгов; 0п(х, у) —
неизвестное истинное значение пеленга для n-й позиции мобильной
станции
Оценка координат ИРИ соответствует координатам максимума
функции правдоподобия (9 5) или минимума оценочной дисперсии
( fl N~1
(М) = arg < min — ’V [$n - On(x,y)f
I (x,y) In '
\ _ 71 = 0
(9.6)
При практической реализации рассмотренного метода использует-
ся последовательное по мере увеличения количества полученных пелен-
гов вычисление координат ИРИ [14]. Метод максимума правдоподобия,
как и два предыдущих метода, не может вычислить координаты ИРИ в
случае перемещения мобильной станции по направлению к нему.
Амплитудный метод основан на учете зависимости амплитуды по-
ля источника от расстояния до него. Исходные данные: выборка ам-
плитуды и координаты пеленгатора на момент приема. В предположе-
нии, что выборочные комплексные амплитуды сигналов не связа-
ны между собой, они задаются многомерной нормальной плотностью
распределения вероятностей
w(S, х, у) =---—кт/- ехр
(2тга2)^2
(9.7)
где а2 —дисперсия шума в канале приема; (рп — начальная фаза сигна-
ла; д — энергетический параметр; гп(х, у) = |z(.t. у) — Zri\ — расстояние
ог источника до точки приема.
Зависимость амплитуды напряженности поля в точке приема от
пространственного положения источника в данном случае определяет-
ся параметром распространения р. Эта зависимость может быть более
сложной с учетом рельефа местности, плотности застройки. Энергети-
ческий параметр д определяется мощностью излучения, высотами под-
нятия антенн передатчика и пеленгатора, длиной волны излучения.
Выполнив усреднение функции правдоподобия (9.7) по неизвест-
474
Глава 9
Рис. 9.9. Поверхность уровней сигнала и расчетная точка по амплитудному
методу
ным параметрам д и приходим к выражению
f
CM) = arg < min (я,у) E i^i2 - n=0
k
Е %?,?/)
„П=0______________
АГ—1
Е гп2р(х,у)
п=0
(9.8)
В программе СМО-КН в реализации амплитудного метода учиты
ваются также зависимости напряженности поля от рельефа местно
сти, городской застройки, лесных массивов, а также отражение сиг-
налов от кварталов домов.
В качестве примера на рис. 9.9 показана поверхность уровней сиг-
нала, полученная в ходе определения местоположения ИРИ. Белый кру-
жок соответствует расчетной точке, флажками показаны точки изме-
рения и уровни сигналов, использованные для вычисления координат
ИРИ.
Очевидно, что при использовании амплитудного метода желатель
но выбирать такой маршрут движения станции, чтобы наблюдалось яв
ное изменение амплитуды сигнала. Для реализации амплитудного ме-
тода достаточно наличие измерительного приемника и навигационной
аппаратуры, при этом непосредственно радиопеленгатор не требуется,
Локализация источников радиоизлучения
475
что в ряде случаев оказывается предпочтительным по критерию сто-
имости оборудования.
Амплитудно-угломерный метод основан на комплексном исполь-
зовании информации об амплитуде и пеленге, он объединяет амплитуд-
ный метод и метод максимума правдоподобия. Правило оценки коорди-
нат при независимых измерениях состоит в минимизации произведения
= arg< min
U’,y)
ГЛ/—1
n=0
Л/-1
E rn2p(x,y)
V-1 Л
E \Sn\rnp(x,y)
Учет совокупности значений пеленгов и амплитуд, зависящих от
координат источника, в (9.9) обеспечивает уменьшение времени место-
определения ИРИ. Кроме того, обеспечивается оценка координат ИРИ
при движении мобильной станции на ИРИ, что невозможно при исполь-
Рис. 9.10. Амплитудно-угломерный метод. Начало определения координат
источника
476
Глава 9
(.•« «^ «СТЖВМР»! О4М1 П'Л ZM»»ci t ГЛЪЧИ./ «
«Я* г>хм <ас-~.
" • •:’Z" J; /« * х м:-*^й >.. >« * v
ц <ч & Я
Рис. 9.11. Амплитудно-угломерный метод. Процесс определения координат
источника близится к завершению
Рис. 9.12. Амплитудно-угломерный метод. Локализация источника завершена
Локализация источников радиоизлучения
477
зовании матричного, кластерного или метода максимума правдоподо-
бия.
В программе СМО-КН для амплитудно-угломерного метода исполь-
зуется наглядное отображение функции правдоподобия, показывающей
зону наиболее вероятного расположения источника.
На рис. 9.10 и 9.11 показаны окна программы СМО-КН для случая
определения мобильной станцией координат источника радиосигнала
на частоте 436,5 МГц. Как видно из рисунков, уже в начале движения
станции на электронной карте отображается сектор наиболее вероят-
ного расположения источника. Далее по мере движения автомобиля
сектор превращается в замкнутую область, как показано на рис. 9.12,
расчетная точка (на карте — желтый кружок) все ближе перемещается
к месту действительного расположения источника.
При использовании амплитудно-угломерного метода для оценки ко-
ординат ИРИ в отличие от матричного, кластерного и метода максимума
правдоподобия возможны маршруты движения непосредственно к ИРИ
или от ИРИ, т е. амплизудно-угломерный метод хорошо сочетается с
движением автомобиля по методу привода, при этом на карте образу-
ется наглядное отображение необходимого направления движения.
9.4. Натурное сравнение методов
локализации источников
Для проведения испытаний была использована мобильная стан-
ция радиомониторинга «Аргумент», оборудованная радиопеленгатором
«Артикул-М» с легкосъемной антенной системой, аппаратурой навига-
ции АРК-КН1, панорамным измерительным приемником «Аргамак-ИМ»
с активной антенной АРК-А7А, тремя ПЭВМ, объединенными локаль-
ной сетью (см. разд. 8.6). На первой ПЭВМ было установлено про-
граммное обеспечение СМО ППК версии 4.5.22, к ней был подключен
радиопеленгатор и аппаратура навигации. На второй ПЭВМ было раз-
вернуто программное обеспечение картографии и навигации СМО-КН
версии 1.18.8 На третьей ПЭВМ было установлено программное обес-
печение СМО-ПАИ версии 4.5.18, и к ней подключен панорамный из-
мерительный приемник.
Для проведения испытаний использовано два маршрута, каждый
длиной около 4 км, в городских и загородных условиях. Маршруты дви-
жения показаны на рис. 9.13 и 9.14 прерывистыми линиями. Черными
прямоугольниками на рисунке показаны городские кварталы, серым (зе-
леным на мониторе)цветом — лесная зона. Место расположения ИРИ
помечено на рисунках белым крестиком. Начало маршрута — точка А
находилось на минимальном расстоянии от ИРИ. Мобильная станция
двигалась по кольцу от точки А к точке К по часовой стрелке.
В качестве ИРИ использовался маломощный тестовый генератор
АРК-ТГ1 со штыревой антенной и выходной мощностью не более 30 мВт,
478
Глава 9
Рис. 9.14. Маршруте загородной
зоне
запрограммированный для работы на двух радиолюбительских частотах
fi =145 МГц, /2 - 434 МГц. Вид излучения — непрерывный гармониче-
ский сигнал. В городской зоне ИРИ располагался на нижнем этаже мно-
гоэтажного здания, а в загородной зоне — непосредственно на земле.
Для маршрута в городской зоне характерно наличие кварталов с
многоэтажными зданиями. Практически на всем протяжении маршру
та отсутствует прямая видимость (прямое прохождение радиоволны от
ИРИ к мобильной станции). В то же время загородный маршрут прохо-
дит почти по открытому месту, имеются только несколько лесных полос
Для обоих маршрутов скорость движения автомобиля составляла
не более 40 км/час. Во время движения производилось пеленгование
и измерение амплитуды сигнала ИРИ. измеренные значения пеленгов
и амплитуды, а также координаты станции и ее курсовой угол сохра
нялись в базе данных.
На рис. 9.15 показаны полученные зависимости амплитуды при
нимаемых сигналов на входе приемника (в децибелах по отношению
к микровольту) от позиций на маршруте движения. Зависимости 1 и
2 получены для загородной зоны, 2 и 3 — для городской. При этом
зависимости 1 и 3 соответствуют частоте 434 МГц, зависимости 2 и
4 — частоте 145 МГц.
Как видно из рисунка, зависимости амплитуды принимаемого сиг-
нала от позиции станции на маршруте движения имеют флуктуирующий
характер относительно сравнительно медленно меняющегося среднего
значения. Размах пульсаций в отдельных точках превышает 10 дБ. В на
чале маршрута — точке А, где мобильная станция находится от ИРИ на
минимальном удалении, — амплитуды сигналов за городом и в горо
де сравнимы по величине, однако далее по мере движения станции по
маршруту в городской зоне по сравнению с загородной наблюдается
Локализация источников радиоизлучения
479
Рис. 9.15. Зависимости амплитуды радиосигнала от позиции станции на
маршруте движения
более сильное ослабление радиосигналов. Приведенные зависимости
амплитуды сигнала от позиций станции вместе координатами этих по-
зиций являются исходным материалом для работы амплитудного ме-
тода местоопределения ИРИ.
По результатам пеленгования были оценена вероятность ошибки
пеленгования Р(Л < Д), а именно вероятность того, что ошибка пе-
ленгования 8 = |аист — а|, где аист — истинный пеленг, вычисленный на
основе известных координат ИРИ и мобильной станции, о: — полученный
пеленг, будет меньше заданной величины Д. Результаты представлены
на рис. 9.16. Зависимости 1 и 2 получены для загородной зоны, 2 и
3 — для городской. При этом зависимости 1 и 3 соответствуют частоте
434 МГц, зависимости 2 и J — частоте 145 МГц.
Как видно из приведенных зависимостей, вероятность взятия пе-
ленгов с ошибкой меньшей 10° в загородной зоне составляет около
0,2, а в городской — около 0,1, а вероятность взятия пеленгов с ошиб-
кой меньшей 20° в загородной зоне около 0,4, а городской — около 0,2.
В городской зоне наблюдается ухудшение точности пеленгования на бо-
лее высокой частоте. Можно предположить, что основное влияние на
точность пеленгования оказывает интерференция радиоволн, вызванная
их многолучевым распространением радиоволн, которая в условиях го-
рода из-за наличия большого числа различных неоднородностей, вызы-
вающих отражение, будет проявляться сильнее. Поэтому в загородных
условиях вероятность ошибки оказывается меньше, чем в городе.
Зависимости, приведенные на рис. 9.15 и 9.16 подтверждают, что
вычисление местоположение ИРИ одиночной мобильной станцией ра-
480
Глава 9
Рис. 9.16. Вероятность ошибки пеленгования
диомониторинга является сложной задачей, требующей статистических
методов решения.
Перейдем к сравнению ошибок оценки местоположения ИРИ для
рассматриваемых методов. Ошибки будем определять как решение
обратной геодезической задачи, когда по известным географическим
координатам двух точек требуется найти расстояние между ними. В ка-
честве первой точки берем место расположения ИРИ, координаты ко-
торого известны, вторая точка — это расчетная точка местоположения
ИРИ, координаты которой вычислены с помощью проверяемого метода.
Отметим, что подобная проверка вряд ли является строгой, поскольку
она проводится только для двух конкретных частот и двух конкретных
маршрутов движения станции. Также здесь не учитываются погрешно-
сти навигационной аппаратуры при определении истинных координат
ИРИ, координат и курсового угла мобильной станции. Тем не менее
подобная проверка вполне способна дать представление о работоспо-
собности сравниваемых методов.
В табл. 9.1 приведены результаты расчета ошибок определения
местоположения ИРИ, выраженные в метрах, для полных маршрутов
ABCDEFGHK в городе и загородной зоне. В левом столбце таблицы ука-
заны названия методов вычисления координат. Далее в таблице приве-
дены ошибки местоопределения для частот 146 и 434 МГц Сокращени-
ями ВГ и ЗГ помечены столбцы для измерений в городе (ВГ) и за горо-
дом (ЗГ). В крайнем правом столбце таблицы указано среднее значение
для ошибок по каждому методу. Значения ошибок округлены до Юм.
Среднее значение ошибки, меньшее 50 м. показали кластерный и
амплитудно-угломерный методы, наибольшее среднее значение ошиб-
ки, равное 100 м, оказалось у амплитудного метода, не использующего
сведений о рельефе местности. Учет рельефа в амплитудном мето-
де вызвал уменьшении средней ошибки почти на одну треть. Среднее
значение ошибки местоопределения в условиях города, вычисленное
Компания «ИРКОС»
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАДИОМОНИТОРИИГА
Ф ПОСТАВКА < ОБСЛУЖИВАНИЕ * ОБУЧЕНИЕ &
• Автоматизированные системы радиоконтроля
• Распределенные системы радиомониторинга на местности и в
помещениях
• Технические средства радиомониторинга и автоматического пеленгования:
♦ стационарные
♦ мобильные
♦ портативные
♦ носимые
• Измерительные технические средства
• Антенные системы, антенны и элементы частотно-фидерного тракта
• Цифровые панорамные радиоприемные устройства и ВЧ-СВЧ тракты
• Устройства цифровой обработки, записи и технического анализа
• Системное программное обеспечение
1 1,; и '1
Адрес. Москва. Звездный б-р, д.19
Телефон/Факс. (495) 615-7302
7/ E-mail: lnfo@ircos.ru
II АВеб-сайт- www.ircos.ru
радиомониторинг и пеленгование источников радиоизлучения;
измерение параметров радиосредств и зон энергетического покрытия;
выявление технических каналов утечки информации в контролируемых зонах'
специальные исследования на наличие ПЭМИН;
контроль эффективности мер по предотвращению утечки информации.
Научные школы проектирования технических средств радиомониторинга
и автоматического пеленгования.
Около 3000 м2 собственных производственных площадей.
Развитая опытно-конструкторская, испытательная и метрологическая база.
Учебный центр (лицензия Департамента образования Правительства
Москвы).
Патенты РФ по основным направлениям разработок.
Сертификаты на технические средства.
Участие в работе МСЭ-Р (ITU-R) по разработке рекомендаций и
дополнений к Справочнику по радиоконтролю.
Экспозиции на крупнейших международных выставках.
Предприятие сертифицировано по стандарту ГОСТ-P ИСО 9001-2001.
Лицензии ФАП, ФСБ, ФСТЭК.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАДИОМОНИТОРННГА
* ИССЛЕДОВАНИЯ * РАЗРАБОТКА ПРОИЗВОДСТВО *
«яркое» сегодня
(495) 615-7302
info@ircos.ru
www.ircos.ru
Адрес Москва Звездный б-р, д.19
Телефон'Факс
E-mail:
Веб-сайт:
Локализация источников радиоизлучения
481
Таблица 9.1
Полученные значения ошибок местоопределения
Метод вычисления координат Частота ИРИ, МГц Средняя ошибка
146 434
ВГ ЗГ ВГ ЗГ
Матричный 82 22 130 30 66
Кластерный 40 30 50 60 45
Максимума правдоподобия 90 60 50 40 60
Амплитудный без учета рельефа 140 50 90 120 100
Амплитудный с учетом рельефа 100 40 50 120 77,5
Амплитудно-угломерный 20 40 70 60 47,5
по данным табл. 9.1, составило 76 м, а среднее значение ошибки в
условиях загородной зоны — 56 м.
Результаты табл. 9.1 подтверждают, что все рассмотренные мето-
ды, как эвристические— матричный и кластерный, так и математиче-
ски более строгие — метод максимума правдоподобия, амплитудный и
амплитудно-угломерный, имеют приемлемые для практики точности ме-
стоопределения ИРИ. Поэтому для выбора предпочтительного метода,
очевидно, следует принять во внимание дополнительные соображения.
Для мобильной станции, оснащенной только измерительным при-
емником. для местоопределения ИРИ приходится использовать ампли-
1удный метод. Этот метод дает приемлемую точность, если цифро-
вая карта местности имеет слои со сведениями о рельефе местности,
кварталах застройки, лесных массивах и т.д., поскольку использование
подобных сведений повышает точность вычисления координат ИРИ.
Для мобильной станции, оборудованной радиопеленгатором, при-
меняются методы, основанные на обработке пеленгов, поскольку по
сравнению с амплитудным методом, они имеют большую точность опре-
деления координат ИРИ. Эти методы способны вычислять местополо-
жение источников с кратковременным излучением сигнала всего по не-
скольким измеренным пеленгам, кроме того, их важным достоинством
является сохранение работоспособности при малых отношениях си гнал-
шум. Однако матричный и кластерный методы, а также метод мак-
симума правдоподобия применительно к одиночной мобильной стан-
ции имеют существенный недостаток — они не могут использовать-
ся для вычисления местоположения ИРИ при движении станции непо-
средственно по направлению к источнику или от источника радиоизлу-
чения. Амплитудно-угломерный метод свободен от этого недостатка,
поскольку он обрабатывает как поступающие пеленги, так и информа-
цию об уровнях сигнала. Дополнительный довод в пользу амплитудно-
угломерного метода состоит в том, что при его использовании на элек-
тронной карте СМО-КН уже в начале сеанса работы отображается зона
вероятного расположения ИРИ, эта зона в процессе движения станции
все более конкретизируется. Если необходимо быстрое перемещение
16—5729
482
Глава 9
станции в точку расположения ИРИ, оператор может выбирать кратчай-
ший маршруч по методу привода, пользуясь изображением зоны рас-
положения ИРИ на электронной карте. Таким образом, для одиночной
станции радиомониторинга использование амплитудно-угломерного
метода является наиболее целесообразным.
Непрерывное пеленгование источников при движении по маршруту
в городских условиях дает большое количество ложных пеленгов, поэто-
му важным условием точного местоопределения источников выступает
высокая скорость вычисления пеленгов. При фиксированной скорости
автомобиля высокая скорость пеленгования обеспечивает более частое
взятие пеленгов, что уменьшает вероятность пропуска «хороших» участ-
ков маршрута, на которых пеленги имеют значения, близкие к истин-
ным. Аппаратура станции «Аргумент» способна вычислять от 20 до 100
и более пеленгов в секунду по каждому из контролируемых источников.
Это означает, что при движении автомобиля со средней скоростью 40
км/час пеленги будут вычисляться через каждые 0,07...0,5 м пути.
К достоинствам метода вычисления координат источников при дви-
жении мобильной станции относятся возможность работы системы в
автоматическом режиме без участия оператора, высокая скрытность
работы станции, непрерывность взятия пеленгов, что позволяет лока-
лизовать источники, которые редко выходят в эфир. Главное условие
успешной работы — выбранный маршрут движения должен обеспечить
необходимую базу для каждого из пеленгуемых источников.
9.5. Заключительные замечания
В этой главе рассмотрены вопросы определения местоположения
источников радиоизлучения по результатам пеленгования и измерения
уровня электромагнитного поля одиночной станцией радиоконтроля.
Рассмотрены способы локализации одиночного источника или
группы источников радиоизлучения: методы привода, квазистационар-
ный и определения местоположения источников в движении. При этом
используются одноканальная или многоканальная процедуры пеленго-
вания и местоопределения ИРИ. Местоположение источников отобра-
жается на электронной карте местности СМО-КН. Проведено сравне-
ние несколько методов локализации: матричного, кластерного, мак-
симального правдоподобия, амплитудного, угломерного и амплитудно-
угломерного.
Для мобильной станции, оснащенной только измерительным при-
емником, для местоопределения ИРИ приходится использовать ампли-
тудный метод, который дает приемлемую точность, если цифровая кар-
та местности имеет слои со сведениями о рельефе местности, квар-
талах застройки, лесных массивах и т.д., поскольку использование по-
добных сведений повышает точность вычисления координат ИРИ. Для
мобильной станции, оборудованной радиопеленгатором, применяются
Локализация источников радиоизлучения
483
методы, основанные на обработке пеленгов, поскольку по сравнению
с амплитудным методом они дают большую точность определения ко-
ординат ИРИ при меньшем времени работы. Эти методы способны
вычислято местоположение источников с кратковременным излучени-
ем сигнала всего по нескольким измеренным пеленгам, кроме того,
их важным достоинством является сохранение работоспособности при
малых отношениях сигнал-шум.
Матричный и кластерный методы, а также метод максимума прав-
доподобия применительно к одиночной мобильной станции имеют су-
щественный недостаток — они не могут использоваться для вычисления
местоположения ИРИ при движении станции непосредственно по на-
правлению к источнику или от источника радиоизлучения. Амплитудно-
угломерный метод свободен от этого недостатка, поскольку он обраба-
1ывает как поступающие пеленги, так и информацию об уровнях сиг-
нала. Дополнительный довод в пользу амплитудно-угломерного ме-
тода состоит в том, что при его использовании на электронной карте
СМО-КН уже в начале сеанса работы отображается зона вероятного
расположения ИРИ, эта зона в процессе движения станции все более
конкретизируется. Если необходимо быстрое перемещение станции в
ючку расположения ИРИ, оператор может выбирать кратчайший марш-
рут по методу привода, пользуясь изображением зоны расположения
ИРИ на электронной карте. Таким образом, для одиночной станции
радиомониторинга использование амплитудно-угломерного метода яв-
ляется наиболее целесообразным.
Глава 10
Применения средств
радиомониторинга
в системах различного
назначения
В данной главе описаны несколько конкретных примеров исполь-
зования средств радиомониторинга для построения систем различного
ведомственного назначения.
Прежде всего будет проанализировано построение территориально
распределенной системы радиомсниторинга для государственной ра-
диочастотной службы АРК-ПОМ, состоящей из трех стационарных и од-
ной мобильной станции [23]. Далее будет изучен состав, организация
и задачи автоматизированного мобильного комплекса радиоконтроля,
предназначенного для проверки качества поездной и станционной ра-
диосвязи на железной дороге [118]. Ав завершение главы рассмотрено
применение мобильной станции «Аргумент-И» для контроля интенсивно-
сти электромагнитного поля и других физических факторов в интересах
службы санитарного контроля [38].
10.1. Система радиомониторинга
для радиочастотной службы
Общие принципы построения системы АРК-ПОМ изучались в гл. 8.
В данном разделе рассмотрена конкретная реализация системы, успеш-
но функционирующей в одном из городов России. Система состоит из
центральной станции и трех периферийных стационарных станций, в
состав каждой из которых входит разворачиваемый радиопеленгатор
для стационарною размещения «Артикул-С». Кроме того, в системе
имеется мобильная станция «Аргумент-И», оснащенная пеленгатором
«Артикул-М» и панорамным измерительным приемником «Аргамак-ИМ»,
выдвижной мачтой и набором измерительных антенн [24]. Структурная
схема системы представлена на рис. 10.1.
Один из стационарных радиопеленгаторов находится в том же са-
мом здании, где расположен центральный пункт управления. Это дела-
ет возможным использование для обмена между ними внутренней ло-
кальной компьютерной сети 100 Мб/с. Скорость спектрального анализа
Применения средств радиомониторинга
485
Центральная станция "Арча"
АРК-МП4
или
[ "Артикул-С
Пост 1
АРК-Д1 ГР
или
'Аргамак-И
Пост 2
АРК-РД8М
Пост 3
Сетевой
концентратор
Маршрутизатор
Г
Пост 4
Принтер
I ктриферийная станция 'Арча" Периферийная станция "Арча"
Оптоволоконный канал Оптоволоконный канал
GSM
радиомодем
Базовая
станция
сотовой
системы
радиосвязи
Мобильная станция "Аргумент"
Низкоскоростной радиоканал
Рис. 10.1. Структура реализованной системы АРК-ПОМ. Периферийная
станция совмещена с центральной станцией
аппаратуры, связанной по локальной сети 100 Мб/с, составляет около
3000 МГц/с. Использование внутренней высокоскоростной сети частич-
но снижает трафик внешней оптоволоконной сети, по которой управ-
ляются две другие удаленные станции, что может оказаться полезным,
если используются арендованные оптоволоконные линии связи, оплата
которых зависит от скорости передачи.
Предусмотрен вариант перемещения центрального пункта управ-
ления в другое здание, например в центральный офис службы радио-
контроля. В этом случае структурная схема системы приобретает вид,
показанный на рис. 10,2. В данном случае приемлемой скоростью пе-
редачи по внешней оптоволоконной сети является скорость около 10
Мб/с, но при этом скорость спектрального анализа на периферийных
шанциях снижается до 1200... 1500 МГц/с.
Для того чтобы пеленговать источники радиоизлучения в преде-
лах всего города с максимальной точностью, целесообразно выбрать
расположение станций в вершинах равностороннего треугольника, ко-
486
Глава 10
Периферийная станция "Арча" Периферийная станция "Арча"
Оптоволоконный канал Оптоволоконный канал
Рис. 10.2. Структура реализованной системы АРК-ПОМ 1. Центральная станция
расположена в отдельном здании
Периферийная станция "Арча'
Оптоволоконный канал
АРК-МП4
или
АРК-МП1
GSM
радиомодём
Мобильная станция "Аргумент"
Низкоскоростной радиоканал
торые находятся на границах города Однако это не всегда возможно.
На рис. 10.3 показано расположение периферийных станций, они об-
разуют неправильный треугольник со сторонами 5,48, 2,92 и 6,22 км.
Такая форма обусловлена наличием высотных зданий, которые оказа-
лись доступны для установки радиопеленгаторов.
На рис. 10.4-10.9 показано размещение антенных систем и эле-
ментов оборудования периферийных станций. Как указывалось в гл. 7,
конструкция разворачиваемых пеленгаторов «Артикул-С» такова, что без
потери чувствительности пеленгатора возможно использование кабеля
снижения длиной до нескольких сотен метров. Это позволяет разме-
щать блок аналого-цифровой обработки, ПЭВМ, источник бесперебой-
ного питания и оборудование для передачи данных на любом, в том
числе на первом, этаже здания
Периферийные станции системы управляются дистанционно, рас-
положены в небольших технических помещениях и работают без обслу-
живающего персонала. На рис. 10.7 показан вариант размещения обо-
Применения средств радиомониторинга
487
Рис. 10.3. Расположение станций «Арча»
Рис. 10.4. Периферийная станция
№ 1
Рис. 10.5. Антенная система станции
№ 1
рудования в техническом помещении для необслуживаемой периферий-
ной станции. Слева вдоль стены установлен блок аналого-цифровой об-
работки и блок сетевого питания, справа — ПЭВМ, на которой работает
программа-контроллер оборудования и к которой подключена оптоволо-
конная сеть.
488
Глава 10
Рис. 10.6. Периферийная станция № 2
Рис. 10.7. Аппаратура
периферийной станции № 2
Рис. 10.8. Периферийная станция
№ 3
Рис. 10.9. Периферийная станция
№ 3. Антенная система
На рис 10.10 показано рабочее место оператора поста радиомони-
торинга, пеленгования и местоопределения ИРИ центральной станции.
На рабочем месте используются две ПЭВМ, одна для управления стан-
циями системы, вторая — для электронной карты.
Район действия системы находится в зоне покрытия GSM сотовой
радиосвязи, поэтому для передачи данных между центральной стацио-
нарной станцией и мобильной станцией используется GSM радиоканал.
Для передачи данных применены GSM-радиомодемы Siemens MC35i,
Применения средств радиомониторинга
489
Рис. 10.10. Центральная станция «Арча». Пост радиомониторинга,
пеленгования и местоопределения источников радиоизлучения
внешний вид которого показан на рис. 10.11. Использован режим пе-
редачи данных с коммутацией каналов типа «точка-точка». При этом
скорость передачи равна пропускной способности голосового канала
9600 бит/с. Для уменьшения трафика используется протокол переда-
чи со сжатием данных.
Любая станция в рассматриваемой системе может работать авто-
номно или в системе под управлением центральной станции. В авто-
номном режиме на станции необходимо присутствие оператора При
Рис. 10.11. Размещение GSM-радиомодема (крайний справа), блока интер-
фейса и щитка питания рабочего места № 1 в мобильной станции «Артикул-И»
490
Глава 10
Рис. 10.12. Режим «Пеленг». Мобильная станция является центральной
работе в системе наличия операторов на периферийных станциях не
требуется, при этом возможны следующие варианты:
• центральной станцией является стационарная станция, мобильная
станция работает в системе как периферийная;
• центральной станцией является мобильная станция.
В последнем варианте по одному и тому же низкоскоростному GSM-
каналу данные передаются от всех станций системы. Несмотря на то что
предприняты серьезные меры по сжатию и сокращению передаваемых
данных, некоторые режимы, например передача звуковых файлов или
временных выборок, становятся физически нереализуемыми. Но ос-
новные режимы распределенной системы, связанные с пеленгованием,
измерением напряженности поля или параметров сигналов, функцио-
нируют в полном объеме.
В качестве примера на рис. 10.12 показано окно программы СМО-
ППК в режиме одноканального пеленгования для случая, когда цен-
тральной станцией, управляющей работой всей системы, назначена мо-
бильная станция.
Этот рисунок соответствует случаю пеленгования сигнала радио-
релейной станции на частоте 436,5 МГц. Пеленгование производится
по полосе сигнала шириной 1 МГц. В окне программы отображают-
ся четыре лимба, которые соответствуют собственно мобильному пе-
ленгатору (слева) и стационарным станциям. На диаграммах слева от
лимбов отображаются истории амплитуд и пеленгов для всех станций.
Ниже на диаграмме отображается текущий спектр сигнала, принятого
мобильным пеленгатором. Как видно из рисунка, истории амплитуд и
Применения средств радиомониторинга
491
Таблица 10.1
Результаты проверки дальности пеленгования
Станция Номер остановки Расстояние до станций от автомобиля, км Отношение си гнал/шум, дБ Пелен гование
№ 1 1 1,78 31 Есть
No 2 6 97 8 Есть
№ 3 7,35 12 Есть
№ 1 2 5,29 19 Есть
№ 2 10,55 3 Есть
№ 3 10,25 20 Есть
№ 1 3 9,39 12 Есть
№ 2 14,56 2 Есть
№ 3 13,92 8 Есть
№ 1 4 13.67 11 Есть
№ 2 18,95 3 Есть
№ 3 18,31 8 Есть
№ 1 5 18,13 11 Есть
№ 2 23,42 2 Есть
№ 3 22,86 10 Есть
№ 1 6 22,42 8 Есть
№ 2 27,95 — Нет
№ 3 27,25 4 Есть
пеленгов от стационарных пеленгаторов представляют собой практиче-
ски прямые линии, что говорит об устойчивом пеленговании источника.
В то же время амплитуда и пеленг от мобильного пеленгатора меняет-
ся, поскольку при движении меняется ориентация автомобиля, а сигнал
подвержен флуктуациям из-за изменения условий распространения.
Чувствительность по полю радиопеленгаторов определяется его
паспортными данными и результатами полигонных испытаний, но на
практике часто возникает, например, такой вопрос: «На каком расстоя-
нии будет пеленговаться источник радиоизлучения мощностью, напри-
мер, 5 Вт?» Очевидно, точный ответ на этот вопрос зависит от кон-
кретных условий, но частные результаты испытаний мо- ц
гут охарактеризовать эксплуатационные возможности
системы.
При вводе в эксплуатацию системы был проведен
следующий эксперимент Мобильная станция пеленго-
вания «Аргумент И» выступала в роли центральной стан-
ции и управляла работой всей системы. Она имела на АВ
борту портативную радиостанцию Motorola GP-344 со /т
штатной антенной, показанную на рис. 10.13. Паспорт- В
пая мощность радиостанции составляла 4 Вт. частота вВ
излучения 417,5 МГц. Мобильная станция удалялась от В
города, увеличивающееся расстояние от нее до стацио-
Рис. 10.13. Портативная связная радиостанции Motorola
Gp-344, мощность 4 Вт
492
Глава 10
^СМО-КН М «СТАЛКЕР*: 0.0-41 -30(1 200000) f^P
Файл Вид Автомат Ручной Масштаб Поиск Сервис Справка
Рис. 10.14. Остановка 2. Расстояние от станции «Арча» № 3 до автомобиля
10,25 км
нарных пеленгаторов контролировалось с помощью штатной системы
навигации. На остановках радиостанция выставлялась в окно автомо-
биля и включалась на передачу. Значения пеленгов, спектров от каждой
стационарной станции фиксировались, по спектру определялось отно-
шение сигнал-шум. Результаты испытаний сведены в табл. 10.1 и про-
иллюстрированы на рис. 10.14-10.16.
Как и следовало ожидать, с увеличением расстояния уровень пе-
ленгуемого сигнала уменьшался (см табл. 10.1). Отношение сигнал-
шум на первой стоянке на станции № 2 было на 4 дБ меньше, чем
на станции № 3, несмотря на то, что автомобиль находился ближе к
станции № 2. Эта закономерность сохранилась и для других остановок.
Возможно, меньшее значение сигнал-шум в полосе пеленгуемого сиг-
нала вызвано более низким расположением антенной системы станции
№ 2 над крышей здания (см. рис. 10.6).
Применения средств радиомониторинга
493
Рис. 10.15. Остановка 5. Расстояние от станции «Арча» № 3 до радиостанции
22,86 км
На шестой остановке, при удалении от автомобиля от станции № 2
почти на 28 км, пеленгование этой станцией прекратилось. При этом на
двух других станциях способность пеленговать сохранилась, расстояние
до них равнялось 22,45 и 27,25 км. Возможно, прекращение пеленгова-
ния ИРИ станцией № 2 обусловлено той же причиной, что и уменьшен-
ное значение отношение сигнал-шум, а именно низким расположением
антенной системы станции над крышей здания.
Как известно, предельная дальность распространения радиоволн
над ровной земной поверхностью в диапазоне дециметровых волн при-
мерно равна d - 3,57(УЯ?+гДе М и ^2 — высота антенных систем
пад уровнем земли. Принимая высоту подъема антенны радиопелен-
гатора равной 50 м, а высоту подъема радиостанции 2,5 м, получим
предельную дальность 30,8 км. Таким образом, максимальное рассто-
494
Глава 10
Ь СМО-КН-М «СТАЛКЕР»* (ЦМ1 30
Файл Вид Автомат Ручной Масштаб Поиск Сервис Справка
Рис. 10.16. Расстояние от станции «Арча» № 3 до радиостанции 27,25 км
яние 27,25 км, при котором еще возможно пеленгование, оказывается
близким к предельной дальности распространения, что подтверждает
высокую эксплуатационную чувствительность радиопеленгаторов.
10.2. Контроль параметров
поездной радиосвязи
Важнейшим элементом обеспечения стабильной работы сложной
системы железной дороги, устойчивости оперативного управления и
безопасности перевозок является надежная радиосвязь. С помощью
радиосвязи обеспечивается непрерывное взаимодействие между дви-
жущимися поездами и диспетчерскими службами. Без качественной
радиосвязи невозможно обойтись при проведении различных работ на
железнодорожных станциях, переездах и удаленных участках путей.
Применения средств радиомониторинга
495
Для проверки качества поездной и станционной радиосвязи необ-
ходимо осуществлять регулярные радиоизмерения на железнодорож-
ных перегонах и станциях. При этом измерительная аппаратура долж-
на удовлетворять ряду специфических требований, Во-первых, необ-
ходимо использовать средства, способные работать в большом диапа-
зоне уровней радиосигналов, в условиях значительных электромагнит-
ных помех и постоянных механических вибраций. Во-вторых, приме-
няемые средства должны иметь достаточную точность и высокую ста-
бильность параметров. В-третьих, средства измерений должны быть
быстродействующими, чтобы можно было сформировать достоверную
картину распределения напряженности поля или уровней сигналов в
движении. В-четвертых, при выполнении измерений следует стремить-
ся к тому, чтобы не отвлекать диспетчеров служб железной дороги
от их основной задачи — эффективного управления движением поез-
дов. Кроме того, средства измерений должны быть компактными, что-
бы их можно было использовать на различной транспортной базе, в
гом числе вагонах-лабораториях, дрезинах, а также микроавтобусах и
легковых автомобилях.
Данный раздел посвящен изучению мобильный измерительный
комплекс контроля качества поездной радиосвязи ИВК-РАДИО, кото-
рый предназначен для решения задач контроля параметров устройств
радиосвязи на железнодорожном транспорте.
Назначение и технические характеристики комплекса ИВК-
РАДИО. Мобильный измерительный комплекс контроля качества по-
ездной радиосвязи ИВК-РАДИО осуществляет:
• измерение параметров устройств поездной, станционной и ремонт-
но-оперативной радиосвязи на железнодорожном транспорте;
• анализ результатов измерений в режиме реального времени;
• запись и хранение результатов измерений;
• проведение сравнительного анализа по сохраненным данным изме-
рений;
• подготовку данных для выработки рекомендаций по устранению вы-
явленных нарушений работы устройств радиосвязи.
Комплекс сертифицирован как тип средства измерений и допущен
к применению в Российской Федерации [89]. Он обеспечивает:
• измерение уровней сигналов средств железнодорожной радиосвя-
зи с погрешностью не более 3 дБ в диапазонах гектометровых волн
(ГМВ), метровых (МВ) и дециметровых волн (ДМВ);
• измерение несущей частоты принимаемого сигнала с относитель-
ной погрешностью не более 10~6;
• измерение девиации частоты принимаемого сигнала в диапазоне
от 0,5 до 10 кГц с относительной погрешностью не более 2,5 %;
• измерение частоты вызывного тона в диапазоне от 500 Гц до 3 кГц
с абсолютной погрешностью не более 1 Гц;
496
Глава 10
Рис. 10.17. Структурная схема комплекса ИВК-РАДИО
• оценка квазипиковых значений уровней помех с погрешностью не
более 3 дБ:
• чувствительность по антенным входам при отношении сигнал/шум
10 дБ в полосе 7 кГц не более 1,0 мкВ:
• привязку результатов измерения к ординате местоположения ком-
плекса на участке железной дороги и к географическим координа-
там;
• отображение местоположения комплекса, напряженности электро-
магнитного поля, уровней сигналов, источников помех на цифро-
вой карте местности;
• автоматическую проверку работоспособности комплекса;
• управление технологической радиостанцией;
• запись на жесткий диск демодулированных сигналов контролиру-
емых радиостанций;
• визуальное представление, анализ и документирование результа-
тов измерений.
Потребляемая мощность не превышает 100 Вт. Габаритные разме-
ры стойки с аппаратурой 343x284x556 мм, возможно питание комплек-
са от сети переменного тока 220 В, постоянного тока 48, 27 или 12 В.
Структурная схема комплекса ИВК-РАДИО приведена на рис. 10.17,
внешний вид стойки радиооборудования— на рис. 10.18.
В состав комплекса входят следующие устройства:
• измерительный приемник АРК-Д1ТР;
• антенный коммутатор АРК-К;
• блок управления периферийными устройствами АРК-БУПУ;
Применения средств радиомониторинга
497
Рис. 10.18. Внешний вид стойки радиооборудования с закрытой (а) и
открытой (6) крышкой
• блок питания АРК-БП СУ-1;
• блок управления радиостанцией АРК-БУРС;
• аппаратура навигации АРК-КН1;
• антенна тестового генератора АРК-АТ1;
• распределитель питания АРК-РПИТ;
• ПЭВМ.
Основные устройства комплекса: измерительный приемник АРК-
Д1ТР, антенный коммутатор АРК-К, блок управления периферийными
устройствами АРК-БУПУ, а также ПЭВМ, отвечающая за цифровую об-
работку сигналов и пользовательский интерфейс,
Сигналы с выходов измерительных антенн поступают на входы ком-
мутатора, который коммутирует один из сигналов на соответствующий
вход измерительного приемника. В диапазоне гектометровых волн ком-
мутатор осуществляет предварительную селекцию входного сигнала.
В составе коммутатора имеется управляемый аттенюатор.
Управление коммутатором осуществляется от измерительного при-
емника по интерфейсу RS485. Измерительный приемник в свою оче-
редь управляется от ПЭВМ комплекса по последовательному интер-
фейсу USB 2.0. Измерительный приемник осуществляет прием, преоб-
разование, цифровую обработку радиосигналов и передачу выходных
данных на ПЭВМ. Он управляется от ПЭВМ по интерфейсу USB 2.0.
В составе приемника также имеется управляемый аттенюатор. Ди-
намический диапазон приемника вместе с коммутатором составляет
498
Глава 10
Рис. 10.19. Внешний
вид антенны АРК-АТ1
не менее 130 дБ, при этом обеспечивается при-
ем сигналов с уровнями от 0 до 130 дБмкВ.
Блок управления периферийными устрой-
ствами предназначен для управления тестовым
генератором в соответствии с командами, по-
ступающими от ПЭВМ по шине USB, а также
для преобразования сигналов от аппаратуры на-
вигации АРК-КН1 и датчика оборотов колеса
(ДОК), передачи их в ПЭВМ и трансляции ко-
манд от ПЭВМ к блоку управления технологиче-
ской радиостанцией.
Тестовый генератор в составе комплекса
используется для оперативной проверки работоспособности его состав-
ных частей. Одна из операций проверки работоспособности заключает-
ся в измерении комплексом параметров сигналов от тестового генера-
тора, излучаемых с помощью антенны. Так как комплекс предназначен
для измерения параметров радиосигналов в диапазоне частот от 2 до
1000 МГц, то и проверка его работоспособности должна производить-
ся в том же диапазоне. Однако спроектировать излучающую антенну,
эффективно работающую в таком широком диапазоне, — задача прак-
тически невыполнимая. Поэтому для комплекса была разработана ан-
тенна АРК-АТ1, эффективно работающая только в тех поддиапазонах
частот, которые используются на железной дороге. Антенна АРК-АТ1
размещается на крыше. Внешний вид антенны показан на рис. 10.19.
Управление тестовым генератором осуществляется по интерфейсу
канала общего пользования (КОП) от блока АРК-БУПУ, который в свою
очередь управляется командами по шине USB от ПЭВМ.
Наконец, распределитель питания и блок питания предназначены
для преобразования и стабилизации питающего напряжения комплекса.
Программное обеспечение комплекса. Работа комплекса осу-
ществляется под управлением пакета программ системного матема-
тического обеспечения, в который входят программы СМО-ИВК РА-
ДИО, СМО-ППК, СМО-КН.
Программа СМО-ИВК РАДИО обеспечивает автоматизированное
управление комплексом, проведение измерений параметров железно-
дорожной радиосвязи, отображение и документирование результатов
измерений. Программа СМО-ППК используется для общих задач ра-
диомониторинга и поиска источников помех. Программа СМО-КН пред-
назначена для отображения результатов измерений и местоположения
комплекса на электронной карте, Результаты измерений и навигацион-
ные данные в программу СМО-КН передаются из программ СМО-ИВК
РАДИО или СМО-ППК. Для представления распределений измеренных
уровней сигналов на картографическом фоне в программе СМО-КН ис-
пользуется цветовое представление интенсивностей с геодезической
Применения средств радиомониторинга
499
палитрой цветов. Изменяя порог отображения на карте можно отоб-
ражать зоны, для которых значение уровней сигналов соответствует до-
пустимым значениям. В базе данных истории программы сохраняются
все поступившие измеренные значения и навигационные данные.
Назначение и особенности программ СМО-ППК и СМО-КН уже рас-
сматривались в настоящей книге, поэтому сейчас мы остановимся на
изучении особенностей основной программы комплекса СМО-ИВК РА-
ДИО.
Графический интерфейс программы разработан с учетом специ-
фики использования в мобильной лаборатории, находящейся в движе-
нии. Интерфейс содержит крупные элементы управления, настраивае-
мый размер шрифта отображения результатов, все основные команды
выполняются с помощью клавишных комбинаций. В программе реа-
лизована защита от несанкционированного доступа: для запуска про-
граммы необходимо ввести имя пользователя и пароль. Основные ре-
жимы работы программы:
• контроль параметров поездной радиосвязи (ПРС);
• контроль параметров ремонтно-оперативной радиосвязи (РОРС);
• контроль параметров станционной радиосвязи (СРС);
• анализ;
• проверка работоспособности оборудования.
Контроль параметров радиосвязи. Окно программы «ИВК Ра-
дио» в режиме контроля параметров ПРС представлено на рис. 10.20.
В центральной части окна расположена диаграмма результатов изме-
рений, на которой отображаются зависимости уровней сигналов радио-
станций и уровней помех от координаты вдоль железнодорожного по-
лотна. Красной линией отмечена норма уровня сигнала для данного
участка железной дороги. Участки дороги, на которых уровень сигнала
падает ниже нормы, выделяются цветным фоном. Типы радиостанций,
результаты измерения сигналов которых отображаются на диаграмме,
выбираются на панели «Отображаемые радиостанции», расположенной
справа от диаграммы результатов измерений. Выбор отображаемых
радиостанций позволяет не загромождать график, что бывает полез-
но в случае одновременного контроля параметров радиосвязи разных
диапазонов частот, например гектометрового и метрового диапазона.
Ниже диаграммы результатов расположено схема участка желез-
ной дороги, на котором обозначено расположение железнодорожных
станций и текущее положение вагона-лаборатории. График результа-
тов измерений и схема ЖД являются масштабируемыми, что позволяет
оператору подобрать наиболее удобный для него масштаб изображе-
ния. Кроме того, предусмотрен режим слежения за положением ком-
плекса, в этом случае график автоматически смещается в соответствии
с его перемещением
Для определения положения комплекса используется датчик обо-
ротов колеса и аппаратура спутниковой системы навигации АРК-КН1.
500
Глава 10
Рис. 10.20. Окно программы в режиме контроля параметров ПРС
В программе используется специальный алгоритм обработки навига-
ционных данных от спутниковой системы, позволяющий минимизиро-
вать ошибку измерения координаты вдоль железнодорожного полот-
на. В программе реализован автоматический вариант выбора источника
данных о координате вагона, например, если о г аппаратуры спутнико-
вой навигации поступают недостоверные данные, например, в туннеле,
под мостом и т.п., происходит автоматическое переключение на дат-
чик оборотов колеса.
Над графиком результатов измерений расположена таблица, в ко-
торой указаны названия предыдущей и следующей железнодорожной
станции, расстояние до них и результаты последнего измерения.
В правой части окна расположена спектральная диаграмма сиг-
нала на частоте радиостанции, выбранной в таблице. По ней опера-
тор может в реальном времени наблюдать за обстановкой в радио-
канале и выбирать оптимальный момент для проведения измерения
характеристик сигнала.
Если комплекс установлен в вагоне-лаборатории, то в правом ниж-
нем углу расположена панель справочных данных, в которую для удоб-
ства оператора выводится номер локомотива и поезда, в состав которо-
го входит вагон-лаборатория. В нижней части окна также расположена
строка состояния, в которую выводятся данные о текущем положении и
Применения средств радиомониторинга
501
скорости движения вагона-лаборато-
рии, занятости канала и состоянии
устройства спутниковой навигации.
Здесь же отображаются координаты
курсора мыши при движении им над
графиком результатов измерений.
Режим контроля параметров
РОРС аналогичен режиму контроля
параметров СРС, в случае измере-
ния параметров СРС шкала рассто-
яния заменяется временной шкалой,
а схема участка железной доро1 и не
отображается.
Для измерения уровня радио-
сигналов можно использовать ква-
зипиковый, пиковый и среднеквад-
ратический детекторы. Оператор
выбирает метод измерения исходя
из поставленной перед ним задачи.
Так, для измерения уровня импульс-
ной помехи рекомендуется исполь-
зовать квазипиковый детектор, для
измерения уровня сигнала — сред-
неквадратический. Методы измере-
ния для сигнала и для помехи зада-
Рис. 10.21. Окно результатов
измерения
кт я независимо друг от друга. При выходе нужной радиостанции в
эфир оператор дает команду на измерение ее параметров, нажав мы-
шью кнопку «Измерение» или соответствующую горячую клавишу. По
окончании процесса измерения будет выведено окно результатов, по-
казанное на рис. 10.21. В нем представлены измеренные параметры
радиосигнала: уровень сигнала, частота несущей, ширина полосы, де-
виация, частота поднесущей. Кроме того в окне отображается фотогра-
фия спектра на момент измерения параметров сигнала.
Далее оператор должен подтвердить, сигнал от какой станции был
измерен, а также с какой службой была установлена связь. В окне
имеется возможность добавить комментарий к результату измерения.
Для записи результатов измерений в базу данных оператор нажимает
мышью экранную кнопку «Фиксация» или соответствующую горячую кла-
вишу на клавиатуре ПЭВМ. В случае незанятого радиоканала возможно
измерение уровня шума. Для этого необходимо нажать экранную кноп-
ку «Помеха» в главном окне режима.
Для упрощения работы оператора предусмотрена функция автома-
тического измерения параметров сигнала следующей вышедшей в эфир
радиостанции. Это существенно упрощает измерения параметров сиг-
налов радиостанций по их автоматическому тональному ответу, так как
502
Глава 10
Пульт ра.чиостамцкм
при этом оператору не нужно определять моменты завершения переда-
чи своей радиостанции и момент выхода в эфир контролируемой.
Все результаты измерений хранятся в базе данных, которая име-
ет возможности резервного копирования, анализа данных, их обработ-
ку с использованием других программ, быстрого переноса результа-
тов на другой компьютер.
В программе СМО-ИВК РАДИО имеется окно управления техноло-
гической радиостанцией, появляющееся при нажатии кнопки «Станция».
Вид окна показан на рис. 10.22. Окно обеспечивает доступ ко всем
функциям управления радиостанцией.
В программе реализован также режим автоматического контроля
параметров радиосвязи для участков пути, оборудованных радиостан-
циями с адресным вызовом, например РС-46М или РС-46МЦ. При на-
жатии кнопки «Авто» программа в соответствии с заранее подготовлен-
ным сценарием, автоматически через заданные интервалы времени или
пути вызывает контролируемые радиостанции, измеряет параметры их
ответов, сохраняя результаты в базе данных.
Анализ результатов измерений производится в отложенном ре-
жиме по результатам, хранящимся в базе данных. При этом мож-
но производить анализ результатов контроля параметров радиосвязи
как одного сеанса измерений, так и сравнительный анализ несколь-
ких сеансов измерений, например для оценки изменения состояния
радиосвязи с течением времени. Вид окна режима «Анализ» пред-
ставлен на рис. 10.23.
Основную часть окна занимает масштабируемый график резуль-
татов измерений, под которым расположена схема участка железной
дороги, для которого проводились измерения. Справа находится таб-
лица «Отображение результатов», в которой описаны форматы вывода
результатов измерения параметров каждой из станций. При этом в
таблице указывается не только имя станции, но и дата проведения из-
мерения. Отображаемые на графике результаты выбираются в списке
«Отображаемые радиостанции», расположенном над таблицей. В слу-
чае проведения сравнительного анализа для нескольких разнесенных по
времени измерений график может быть слишком загроможден, и для
Применения средств радиомониторинга
503
to-V-
Д
->о|»
Т<
-10
30
70-8
4
«н-
;?o-f
по 4
wo 4
м 4
4-
Я !
4|>|^аут|г|
Ь1 . 32 .83
’• Г»
г -Ч - • ->
Зтоера«э-1мм< wm .' i >
.... г...
у НДС |.£ л» Ю 2Ж1
«Псые-а ДО! 02030)
diutjriafcfrotepea’/rfeTarcB
: й~ »-[Л8С>'К&(С19102000) Но>4ммЛ<
7 —В— ПРС > КВ (С610 2W61 Лэсияоостр
г—м—ПРС УКВ (0010 2006). Мытищи
| -.. ПРС УКВ (09102006) Пуихжто
*—ПРСУГВ(О» 102006) Сорруно
~Т V- ПРС УКВ (СЙЮ Жв) Хбпловп
А. - ПСУ4 WQ I 1 ЭГ.ПйЧ Пл
(в- ПРС УКВ (0910 2086) CeprwF По
+»- ПРСУКВ(091 ОКСО) Пост81»м
—к—Л,чСУКВ(6о 102036) Бухатю»;
I? пропеки injoce)Арса™
. J -*—•ПРСУКВ(0е (ОЮВД.Стрмтио
J. ...1
‘Г
ттр'П|г-о«<р-11.1|гг.
, 92 . 9J 96.96 . 98,99 J00 JOI iO?.IOS Н
ГТТ| Гн ПТПи ! 11J Н Ц
| ‘ ; {С1р,Уич,К
& пгс хкв {09 ю юед Ап«*инлр(
- О- -ПРСП.В (09 '.osocof Балаад’йк
1.1 ПРС КВ [0910 2006) Ммивш Пат
х !1PCkB|<i& I0 20C6) Лгкиноостру
ПРС»:В{091020С6). Мыпши
oq. заочные дам*
*Р«И<И
•$ii
। iasj
8
i&};
Рис. 10.23. Окно программы в режиме «Анализ»
большей наглядности отображение результатов измерения для некото-
рых типов радиостанций или для уровня шума может быть отключено.
Выбор анализируемых данных осуществляется с помощью окна на-
строек, показанного на рис. 10.24. В нижней части окна содержится
список всех сеансов измерения, проведенных на данном участке. Коли-
чество измерений, одновременный анализ которых может проводиться,
SS
Показывать измерения
С" последнее
С текущего пользователя
все
:---------------------------
стройки режлиа' Анализ"
। Режим анализа
Г? ПРС
Г СРС
f?v'’
Железная дорога
^Московская
JL
Участок-----------
| М осква-Раменское
аинист
^03.11
И 26.04 2006 [0 - 454) [Администратор БД)
!/’ 06.02.2006 (0 - 45.4) [Бабич Александр Иванович]
6 [50.4
Принять
X Отмена
Рис. 10.24. Окно настроек режима «Анализ»
вэхэиимоя илэондоэоиооходвй nxdaaodu ohxq 'Z.g’OI- 'эис1
-ogsd nxdaaodu tsutf 1яивноиэ эиУпошн-авОиА bh ивхаахо хи ou Baiatsd
-aaodu nwBaionodiaA HrMi4Hnnda0Mdau инмэиаeduA вхоид и BXMHwandu
OJOHairaindaNEH ‘BdoiBLAixwox о_юннэ±нв Аахэиииох x аинэьонтГ/ои
Boxaauwox HJooHHBduanQH
aiBiaLfAead a BHHedawEH aoxBiqirAsad хнньодигпо виновА^ои яюонжоп
-soa AwAiwm x int/oao BiAinxod ojoxbi эиви1/в|-| ‘BHHBaot/Adogo hlo
-oHgoaouooioged nxdaaodu иохаэнихв^охав wnxad HBaosMiiead Oklt/Vd
ХЯИ oaxairuwox g -еэмэиш/моя MxaoHgoaouaoxoged exdaaod|j
'9^'01 и 92 01 ’ond bh ohbebxou
xbx ‘wEiBiqirAEad нихе ou oiAHHeodiooij ‘AN^BdoenW oiAxoahH0Bdj и ииЬ
-нею ио'в’жвх HLrtf tsHHadawEM nriBiBianAsad а ЛИиидвл хвх yMYiiBiKdati'oa
‘lohio бэювУеоэ |oax3 uosojai|/\| а хнннви atfoaiaa ndLJ 100x3 yosojai|/\|
aiBwdocf) a xhhhbV t/oaiaa и (|шм) a|!JB;a|/\| аморшдо ихифвбо yoi-idoixaa
siBwdott) ojohLdBtfHBia аиивф a ^naxedgoEM at/иа a aoxифвdJ оинэн
-Bdxoo :aoiahio aot/иа xAatf аинвМвоэ oHEaosutrBad ii-iawoN инннв^ сц
•HWiAiBdjodu airAtfow ионаонэо а иинэнэ^меи винаэана sag эи1лснЛа±эа1пп
-Аэ ажА aiBaodHLXBt/ad и aoiahxo х1Я1/чававЙ£оа Nt/иа энаон яхштавдоУ
oxjair BBtrioiBifoaEou ‘впэхаио квняиАЬ’о^ ввняивиЬэиа BHBiogsdEBd 901
-эь±о BLftf OHt/Vd >19И QNWBdjodu g uMHadawEM WRiBiauAEad ou aoi
-эыо auHBt/Eoa иэювиав «виивну» вrJИЖэd нвУве Х1янжва ей noat/Q
«qxKHMdg» ихионх 1/чэи1вжвн ииж^ аэвх
-эАивв и 1яэнвээ ооэ aMtnoiAaadaiHH laedwgiaa doiBdauQ oHahHHBdjo эн
90S
BJHHdoxMHONOMtfed axotfado винэнакмиби
ewwBdJBHtf ьвмээьифвсЬ — poxg uosojoiiai a xishhbV tfoaiag ‘9g’0l- ‘эи^
/ у |<>мм<кЬ6йНУ ' ,Jh
Г»к.
ndlQNOUHN
30 еинеасьц
г.
,*w;
>r''- >
; iP’?C
te j***» -* р»ц
%S4 (S’ S? ? ’ V
*Td*5'PV H*a.'dUj c«:*5 toMdxCty М4Я) Kw30< O-H^UQ ГИЗ in^
tfg doieai jwibиг\/ Щ1П1 .WKsIraawwu ьннваигщ| t эд «UAncwou IS69 эд &t&3Cu мелэоо a
(ни 00 0 - 0Г 09) аоиэнэнеа-еоиэон лохэеьд XX hfTl
9002' Ll £0 0902Z"£10 «N UHdO-iadogeu-HOJBa etftaodu Eniuadaucn <чхв1Я(/Лсэа
fxfSI^
!*1
иинэ6эи1еи аохвлчиЛеэс! nliHugei — poxg jjosojoiw a xnhhbW tfoaiag ‘Sg’Ol эиа
tiTN
-JI*
OXUD.I
L »l oui / a K<ff=4чУЙ'ОМ У У ниТы11А>(ж¥е11аа|1лак»4киаЬмг90гд\|« < > >i
Ж Г гиуь [ UOU^U in yv
6 (J V S 8>'dl4c]| £E
0 66SI с» KI Z 1 oeotfcti H £S
01 л 1.:е з IS
V SB; I 'J3 г?99 mr-uHvatrl :i3’3r,d?l 8 x 06
0 HO I 61 ZCS (Xj/uerjnew>| Г0.®
С0Э1 01 61 1У6Г кечзнеслд *<l»3 YldPI 9 5 tT
6 в СЕ 9Z97 <z
m: Ztfcl LL К8Е beumcciy iriojlTdC'l 9S Oi
005 гг 03 U9E К^ьепкггэд в>я^ЧЧ 10 5?
0 0 Л. 20г £ f(IZbe^3№£u>| droop! 10. к
С0Э1 s/ог св 603 г 0ClZ^*3He£«y e Илзе Ю,£С
(I 0 .' - CKoviq । t£
' ti 0 t *® E9Sc Од^веиэсшсея *a«otAt со сг
0 с в? «1 с beijwestfj idog hjW as. ie
JtB 10JZ £Я 5CZI D0Z^:OH€se)| еомзоад 10; 61
_[0Jl >эдг гв 869 1 CO/iF^xowce>l eexxjpj II) (31
COJl с гъ 1191 OQiHe.toutCT^ eaiopw 10 21
Q 9900 16, sac 1 (ЗО^ел^хлк c^wryj 1 0‘9l
Д L 8F ;»:v 1 млгязц 91
0 гзго аз 9Hi ОСЬугензнесеу евхзо^ 12 »
rn»iebev<i^ »J J Иг* з ~gV rh ewtiiieig J.0 tl
0олэмл«0 SC4 3dU Н» I
оэоягчд ffi^OdU 3£C ! 1
1 яМэдъ^ C;j gju OIK Oi
1 oaw.hu 3)C Odd H 6
«xoaiwa idt>3fidi4 an oduos
00^8M3H8?«>i еэиэод SMOdU 10
. [3
rr.i 01 bh gV 0/ wou oJDKiHHjewodi3air€ ei*do^j $
MroHdrej-emopj :«мзе»./ ।
XX-hfri E
r
1_x
a
1_______3
эпоги co иинэазнги ruvniucj.i
a ; 3
d
f -<
x О *
{xTffr
r<? *fe tf
s fi * - ci -
«»7* iai«r«4
(H eseuj
X‘j|»!4 : 3 ' ’И*51 4* 1и I®
з&яефдо рчз.А/5 №€5 DtwdSi iK«»o rHj еглтсОД Г^‘
ik-wg ptxa^ontHl
frOS
506
Глава 10
Р Test - Блокнот
Файн [Трапка Форцдт Вид £првека
jL5:22:20 : тестирование комплекса
15:22:20 : перезагрузка программы - диспетчера
15:22:20 : ожидание ответа от аппаратуры
15:22:51 : проверка наличия блока управления датчиком колеса
15:22:51 : Блок управления датчиком колеса подключен
15:22:51 : проверка наличия коммутатора
15:22:51 : Коммутатор подключен
15:22:51 : проверка наличия радиостанции транспортам
15:22:51 : радиостанция Тракспорт-1м подключена
15:22:51 : проверка наличия блока управления генератором Г4-176
15:22:51 : блок управления генератором 14-176 подключен
15:22:51 : проверка наличия блока управления g₽S
15:22:51 : блок управления gps подключен
15:22:52 : проверка достоверности данных от GPS
15:22:52 : Антенна gps присылает верные значения
15:22:52 : Тестирование передающего, приемного и измерительного трактов аппарат
15:22:53 : Тракт измерений гмв соответствует установленным требованиям
15:22:54 : Аттенюаторы пие соответствует установленным требованиям
15:22:54 : тракт измерений мв соответствует установленным требованиям
15:22:55 : Аттенюаторы МВ соответствует установленным требованиям
15:22:55 : тестирование комплекса завершено ♦ •. ч
.!J —: __— 1 лЦ|
Рис. 10.28. Отчет по результатам тестирования комплекса
тоспособности радиоизмерительного тракта — измерительных антенн,
коммутатора, измерительного приемника — производится тестовое из-
мерение параметров эталонных сигналов, излучаемых тестовым гене-
ратором Проверка работоспособности аппаратуры навигации выпол-
няется по наличию навигационных данных.
Режим проверки работоспособности запускается автоматически
после запуска программы СМО-ИВК РАДИО. Результаты проверки отоб-
ражаются графически или в виде отчета, как показано на рис. 10.27 и
10.28. На графической схеме разными цветами выделяются функцио-
нальные узлы комплекса, проверка которых прошла успешно, и те из
них, работоспособность которых вызывает сомнения.
Таким образом, оператор имеет подробную информацию о рабо-
тоспособности комплекса.
10.3. Измерение напряженности
электромагнитного поля в экологии
В настоящее время распространено мнение, что экологические
проблемы, вызванные деятельностью человека, обусловлены главным
образом загрязнением окружающей среды химическими и радиоактив-
ными продуктами. Действительно, влияние химических и радиоактив-
ных загрязнений иногда довольно быстро сказывается на жизнедеятель-
ности человека. ЭМП как правило не вызывают быстрой физиологиче-
Применения средств радиомониторинга
507
ской реакции живых организмов. Принятые в качестве безопасных по-
роговые значения уровня ЭМП, установленные санитарными нормами,
значительно превышают естественный электромагнитный фон, при ко-
тором в течение миллионов лет формировались формы жизни на Зем-
ле. В результате воздействия ЭМП с интенсивностью, даже не пре-
вышающей пороговые значения, у некоторых «чувствительных» людей
могут возникать неприятные явления, вызванные «накоплением» небла-
гоприятного воздействия. К их числу относится ухудшение состояния
здоровья, обострение хронических заболеваний, нарушение обмена ве-
ществ и т.д. [213]. Поэтому фактор существенного повышения уровня
электромагнитного поля (ЭМП), вызванный развитием технических си-
стем, весьма серьезен и в настоящее время проблема электромагнит-
ной безопасности населения приобретает серьезное социальное значе-
ние. В литературе уже используются термины «электромагнитное за-
грязнение», «электромагнитный смог» [171].
Защита человека от электромагнитных полей. Защита организ-
ма человека от вредного действия физических полей электромагнит-
ной природы предполагает снижение их интенсивности до уровней, не
превышающих предельно допустимые. Она обеспечивается выбором
конкретных методов и средств с учетом экономических показателей.
Организационные меры защиты направлены на обеспечение оптималь-
ных вариантов расположения объектов, генерирующих электромагнит-
ные поля, и объектов, оказывающихся в зоне воздействия, организацию
труда и отдыха персонала с целью снизить до минимума время пребы-
вания в условиях воздействия, предупредить возможность попадания в
зоны с интенсивностями, превышающими предельно-допустимые уров-
ни. Внедрение в практику защитных мер начинается в период преду-
предительного и уточняется в период текущего санитарного надзора.
В целях защиты населения от воздействия электромагнитной энер-
гии, излучаемой передающими радио и телевизионными станциями,
объектами радиолокации, станциями космической связи и т.д., устанав-
ливаются санитарно-защитные зоны между перечисленными объектами
и жилой застройкой. Размер санитарно-защитной зоны должен обеспе-
чить на ее внешней границе допустимый уровень электромагнитного по-
ля, установленный в соответствии с действующими нормами, он опре-
деляется на стадии проектирования расчетными методами для каждого
конкретного объекта в зависимости от его свойств. К свойствам объ-
екта относится его назначение, рабочая частота, мощность радиопере-
датчиков, тип и высоты установки антенны над уровнем земли, рельеф
местности и т.д. Результаты расчетов после ввода объекта в эксплуата-
цию должны быть проверены инструментальными измерениями, то есть
должны быть проведены измерения интенсивности поля на местах в
расчетных контрольных точках, с последующей гигиенической оценкой.
Принцип геосистемности. Наглядную картину распределения ин-
тенсивности электромагнитного поля можно получить на основе зони-
508
Глава 10
рования территории с использованием электронных карт местности на
основе принципа геосистемности, который предполагает представле-
ние объекта картографирования, например, города как сложной тер-
риториальной системы.
Принцип геосистемности предполагает представление объекта, на-
пример города, как геотехнической информационной системы, состав-
ными частями которой выступают природный ландшафт, техногенный
покров и население. Можно выделить три блока электронных карт, ко-
торые являются необходимыми компонентами подобной системы [172].
• блок природно-экологических карт. Сюда относятся карты релье-
фа, лесных насаждений, водной системы и т.п.;
• блок техногенно-экологических карт. На этих картах показаны ин-
женерно-технические объекты, градопланировочные особенности
городской среды, источники загрязнения городской территории;
• социально-экологический блок — карты демографические, соци-
альные, медико-географические.
При этом основными задачами картографирования городской сре-
ды являются:
• разработка перечня показателей, характеризующих природные,
техногенные и социальные условия городской среды и их картогра-
фирование;
• создание оценочных карт состояния компонентов городской систе-
мы; карт загрязнения и выявление неблагополучных территорий;
карт возможных источников загрязнения;
• выявление факторов и условий, определяющих качество жизни го-
родской среды, выявление и анализ причинно-следственных связей
в системе «фактор — здоровье — заболеваемость» и оценка рис-
ка для здоровья населения.
Аналогичный подход применяется при рассмотрении ситуации в
других населенных пунктах.
Необходимость автоматизации санитарного контроля. Каче-
ство и количество работ, которые способна выполнить санитарно-эпи-
демиологическая служба напрямую зависит от степени ее оснащенно-
сти современным измерительным оборудованием. До последнего вре-
мени, в санитарных службах для измерения уровней сигналов электро-
магнитного поля используются ручные приборы. Такие приборы преду-
сматривают работу оператора в непосредственной близости от источ-
ника радиоизлучения. При этом обработка результатов измерений для
обширной территории представляет весьма трудоёмкую, возможно да-
же невыполнимую задачу. Необходимо производить ручные измерения,
составлять протоколы, в которых указываются координаты проведения
замеров, условия измерений, непосредственно измеренные данные, на-
носить результаты измерений на картографическую основу. Весьма ак-
туальна задача автоматизации выполнения измерений и их отображе-
ния на электронной карте местности.
Применения средств радиомониторинга
509
Необходимым элементом автоматизации лабораторного контроля
являются мобильные станции-лаборатории, которые способны прово-
дить измерение напряженности или плотности потока мощности элек-
тромагнитного поля на стоянке и в движении, сохранять измеренные
значения в базе данных вместе с географическими координатами. Кро-
ме того, желательно, чтобы станция могла производить измерение и
других физических факторов, например уровня шума, уровня радиации
и т.д.
10.4. Мобильная станция «Аргумент-И»
для целей санитарного контроля
Рассмотрим применение мобильной станции радиомониторинга
«Ар|умент-И» для автоматизации электромагнитного и шумового мо-
ниторинга в условиях города.
Станция способна решать следующие задачи.
• измерять напряженность или плотность потока мощности ЭМП в
произвольных полосах радиочастот от нескольких килогерц до не-
скольких гигагерц;
• измерять интенсивности инфразвука, звука и низкочастотного уль-
тразвука;
• измерять магнитную индукцию постоянных и переменных магнит-
ных полей;
• измерять напряженности поля промышленной частоты,
• сохранять результаты измерений с географическими координатами
точек измерений, передавать данные на картографическое прило-
жение;
• отображать на электронной карте диаграммы распределения из-
меренных величин, в том числе диаграмму напряженности поля и
интенсивности звука; сравнивать
• измеренные уровни с предельно-допустимыми значениями, пока-
зывать территории, где превышены предельно допустимые значе-
ния;
• строить ла карте комплексное распределение показателей физиче-
ской нагрузки.
Внешний вид станции, проводящей измерения ЭМП, представлен
на рис. 10.29, На кузове станции закреплена телескопическая диэлек-
трическая поворотная мачта с измерительной антенной.
Для измерений интенсивности ЭМП станция радиомониторинга ос-
нащена следующими измерительными приборами, включенными в го-
сударственный реестр средств измерений:
• панорамным измерительным приемником АРК Д1ТР или «Аргу-
мент-И(ИМ)»;
• измерительным панорамным конвертором АРК-КНВ4;
• набором измерительных антенн.
510
Глава 10
Рис. 10.29. Внешний вид мобильной станции
В зависимости от варианта поставки мобильная станция комплек-
туется измерительным приемником АРК-Д1ТР или измерительным при-
емником «Аргамак-И». Для расширения рабочего диапазона частот до
18 ГГц к приемнику подключается панорамный конвертер АРК-КНВ4.
Панорамный измерительный приемник управляется от ПЭВМ с по
мощью программы СМО- ПАИ. Результаты измерений, навигационные
данные, текущее время передаются в картографическое приложение
СМО-КН, где сохраняются в специальном файле истории. Пример отоб-
ражения результатов измерений и карты распределения электромагнит-
ного поля в условиях крупного города местности приведен на рис. 10.30.
Светлыми линиями показана траектория движения мобильной станции
при проведении измерений. Распределение интенсивности ЭМП в дан-
ном случае отображается цветовой закраской.
Радиоприемное устройство «Арр/мент-И(ИМ)» по сравнению с
АРК-Д1ТР имеет меньшую массу и габариты, а также способно рабо-
тать автономно от встроенного аккумулятора в течение нескольких ча-
сов. Это делает возможным работу с приемником не только внутри
мобильной станции под управлением программы СМО-ПАИ, но и в каче
стве автономного измерительного средства, управляемого карманным
персональным компьютером [166].
На рис. 10.31 показана работа оператора, который выполняет кон-
трольное измерение интенсивности ЭМП в непосредственной близости
Применения средств радиомониторинга
511
Рис. 10.30. Отображение на карте местности результатов измерений
интенсивности напряженности поля в диапазоне радиочастот
от базовой станции GSM-1800 на крыше многоэтажного здания. Прием-
ник «Аргумент-И» находится в специальной сумке на правом плече опе-
ратора, по интерфейсу USB 1.1 он управляется карманным персональ-
ным компьютером с GPS-навигатором, в качестве датчика поля исполь-
зуется сертифицированная активная дипольная измерительная антенна
АИ5-0. На рис. 10.32 и 10.33 показаны экраны КПК в режимах просмотра
панорамы спектров и измерения напряженности поля базовой станции.
Кроме цифрового измерительного радиоприемного устройства и
выносного панорамного конвертора в состав станции входят дополни-
тельные приборы, включенные в Государственный реестр средств из-
мерений РФ, расширяющие набор измеряемых физических факторов:
• измеритель электромагнитных излучений ПЗ-40;
• измеритель напряженности поля промышленной частоты ПЗ-50;
• миллитесламетр портативный универсальный ТП2-2У;
• устройство съема данных УСД-01;
• шумометр-анализатор спектра SVAN-945A.
Измеритель электромагнитных излучений ПЗ-40 используется для
изотропного измерение среднеквадратических значений напряженности
и плотности потока мощности в диапазоне частот от 30 кГц до 40 ГГц.
Результаты предварительно сохраняются в памяти прибора, последую-
щая передача данных в ПЭВМ выполняется по интерфейсу RS-232.
512
Глава 10
Рис. 10.31. Измерение интенсивности ЭМП базовой станции GSM-1800 на
крыше высотного здания
Рис. 10.32. Окно программы
СМО-КПА в режиме просмотра
панорамы спектров GSM-1800
Рис. 10.33. Окно программы
СМО-КПА в режиме измерения
напряженности поля
Измеритель напряженности поля для промышленной частоты ПЗ-
50 предназначен для измерения среднеквадратического значения на-
пряженности электрического и магнитного поля промышленной частоты
50 Гц. Диапазон измерений напряженности электрического поля от 0,01
до 100 кВ/м, напряженности магнитного поля от 0,1 до 1800 А/м. Ре-
зультаты измерений с помощью устройства съема данных УСД-01 по
интерфейсу RS-232 передаются в ПЭВМ.
Применения средств радиомониторинга
513
Рис. 10.34. Расположение дополнительных измерительных приборов
на планшете
Миллитесламетр портативный универсальный ТП2-2У предназначен
для измерения магнитной индукции постоянного, переменного и им-
пульсного магнитного поля. Диапазон измерений составляет от 0,1 до
1999 мТл. Результаты измерений с помощью устройства сьема данных
УСД-01 по интерфейсу RS-232 передаются в ПЭВМ
Шумометр-анализатор спектра SVAN-945A предназначен для изме-
рения уровня и спектрального анализа в диапазоне звуковых частот. Ре-
зультаты сохраняются в памяти прибора, передача данных в ЭВМ по ин-
терфейсу USB.
Измерения этими средствами производятся вне автомобиля в руч-
ном режиме, поскольку их датчики подключаются непосредственно к
корпусам и не имеют удлинительных кабелей,
сохраняются во внутренней памяти приборов,
мерений, полученные результаты сохраняются
лов на ПЭВМ, а далее они импортируются в
фического приложения.
В транспортном положении измерительные средства закрепляются
на специальном съемном планшете, который обеспечивает также заряд
их аккумуляторных батарей и передачу измеренных значений в ПЭВМ.
Вид планшета с дополнительными приборами показан на рис. 10.34.
В базу данных картографического приложения заносятся измерен-
ные данные от всех приборов, используемых в составе мобильной стан-
ции. При этом для каждого измеренного значения указывается тип из-
мерения, соответствующий измерительный прибор, указываются гео-
графические координаты, где было произведено измерение, при необ-
ходимости указываются условия его проведения. При работе с накоп-
Результаты измерений
После проведения из-
в виде текстовых фай-
базу данных картогра-
17—5729
514
Глава 10
Таблица измерений
• ЯК 1 е X ! ♦
Радактирглиние ] Просмотр Настройки j
Т аблича видчо измерений | Т вблица условий измерен^ | Лрсделиные ho^wi |
6>и измерения | Ед илмвренда | Ррмбор | Fl. кГц 1 Р2..:Гц_] Комментарий
Напряженность ЗП кВ/м ПЗ-50 005 005
Напряжённость МЛ А/м ПЗ-50 005 005 I Изотопное ис.мер :ние
► ;Иктенс1гиНССгъЭМЛ. ДПР яБмкВ/м ДПР .. _ | диапазоне частот из интервала 20 1
Интетпхмюсть ЭМП(004) вл.1 03-40 30 эоосоо МГц -18 ГГц (срвднек&эдратмчсск.ов
Интенсмсмость ЭМП |УВЧ-€ОЧ) В/м ПЗ-40 эаоооо 40300000 [значение)
Плотность ЭМП|0ВЧ| ПЗ-40 30 экого
ПлотностьЗМП (УВЧ-СВЧ] мкВт?см*2 03 40 3Q00W 40000030 —1 !
Ммодецмя ПМП мТл ТП2-2У
Индзкиия И14Л мТл ГП2-2У 002 10
Уровень шума дБА SVAH-945A 0.02 20
Уровень ызкоилзльный пБА SVAM-945A 002 20
' *• Иит-стьЗИП.Д1ТР(лин) ,м4)/м ДПР vl
Рис. 10.35. Окно таблицы измерений программы СМО-КН
Рис. 10.36. Отображение
значений измеренного фактора
и трассы движения мобильной
станции
Рис. 10.37. Отображение диаграммы
распределения фактора с помощью
цветовой заливки
ленными данными предусмотрено отображения данных, отфильтрован-
ных по заданному признаку: по виду измерений, измерительному при-
бору, дате, условиям проведения измерений. На рис. 10.35 показано
окно таблицы базы данных измерений программы СМО-КН. В таблице
хранятся возможные виды измерений, условия измерений, предельно
допустимые уровни измеряемых факторов и собственно сами измере-
ния.
Данные на карге отображаются в виде флажков с соответствующи-
ми измеренными уровнями, в виде цветовой матрицы или с помощью
изолиний, как показано на рис. 10.36-10.38.
При отображении на карте задается порог отображаемых значений
(например, предельно допустимый уровень), ниже которого измерен-
ные значения не отображаются.
Применения средств радиомониторинга
515
Рис. 10.38. Отображение
диаграммы распределения
фактора с помощью изолиний
10.5. Заключительные замечания
Рассмотренный пример реализации системы АРК-ПОМ состоит из
центральной и трех периферийных стационарных станций, в состав каж-
дой из которых входит разворачиваемый радиопеленгатор для стацио-
нарного размещения «Артикул-С». Кроме того, в системе имеется мо-
бильная станция '«Аргумент-И» , оснащенная пеленгатором «Артикул-М»
и панорамным измерительным приемником АРГАМАК-ИМ с выдвижной
мачтой и набором измерительных антенн.
Для обмена данными между стационарными подстанциями систе-
мы использованы высокоскоростные каналы передачи данных, а для
организации связи с мобильной станцией — низкоскоростные GSM-
радиомодемы. Периферийные посты системы работают в режиме ди-
станционного управления без обслуживающего персонала. Управление
работой системы может осуществляться от стационарного централь-
ного поста или от мобильной станции. Зона действия стационарных
станций, входящих в систему, при пеленговании ИРИ малой мощно-
сти близка к дальности прямой видимости и составляет около 30 км,
что подтверждает высокую эксплуатационную чувствительность радио-
пеленгаторов. Мобильная станция способна выполнять задачи локали-
зации источников и измерения напряженности электромагнитного поля
в составе системы или автономно от нее.
Мобильный автоматизированный измерительный комплекс контро-
ля параметров поездной радиосвязи ИВК- РАДИО предназначен для кон-
троля параметров поездной, ремонтно-оперативной и станционной ра-
диосвязи, а также анализа результатов измерений, формирования отче-
тов. В программе СМО-ИВК РАДИО, входящей в пакет программ ком-
плекса, реализованы режимы полуавтоматического и автоматического
измерения основных параметров радиостанций, используемых в насто-
яв (ее время на железной дороге. Все результаты измерений, включая
спектрограммы радиосигналов, сохраняются в базе данных. Режим ана-
лиза предоставляет пользователю эффективные средства отображения
516
Глава 10
результатов измерений, их сравнения между собой, а также формиро-
вания отчетов в табличном и графическом видах. Режим автоматическо-
го тестирования обеспечивает оперативную проверку работоспособно-
сти комплекса, выявления неисправных устройств. Результаты измере-
ний параметров радиосвязи привязаны к географическим координатам
и могут отображаться на цифровой карте местности, так же, как место-
положение комплекса и маршрут его движения.
Небольшие массогабаритные показатели и низкое энергопотребле-
ние комплекса ИВК-РАДИО делают возможным его установку не только
в вагоне-лаборатории, но и на другие подвижные средства, включая
легковые автомобили и микроавтобусы. В случае установки комплекса
на автомобиль с помощью программ СМО-ППК и СМО-КН, входящих в
состав программного обеспечения, становится возможной автоматиче-
ская локализация источников радиопомех на местности, которая стано-
вится особенно эффективной, если автомобиль дооснащен мобильным
и носимым радиопеленгаторами.
Необходимым элементом автоматизации лабораторного контроля
в санитарно-эпидемиологической службе за состоянием окружающей
среды являются мобильные станции-лаборатории. Данные станции
должны обеспечивать измерение напряженности и плотности потока
мощности электромагнитного поля, а также других физических факто-
ров на стоянке и в движении, сохранять измеренные значения в базе
данных вместе с географическими координатами с последующим со-
ставлением карт распределения исследуемых факторов. На основе при-
менения геоинформационных технологий упрощается «управление рис-
ками», становится возможным выделение наиболее опасных зон терри-
тории населенных мест; определение направлений и размеров финан-
сирования мероприятий по снижению уровней рисков; контроль испол-
нения и корректировки по результатам проверки с учетом реальной си-
туации. Оснащение мобильной станции «Аргумент-И» дополнительными
измерительными средствами делает возможным вместе с измерения-
ми напряженности ЭМП проводить анализ других физических факторов,
например уровня шума [172].
Глава 11
Обнаружение и локализация
технических каналов утечки
информации
Под техническим каналом утечки информации (ТКУИ) понимают фи-
зический канал (акустический, электромагнитный, электрический), поз-
воляющий с помощью технических средств получить доступ к инфор-
мации об объекте [206-208]. Защита от утечки информации по техни-
ческим каналам — это сложная многоплановая задача, требующая про-
ведения комплекса организационных и технических мероприятий. Важ
ным этапом подобных мероприятий является поиск электромагнитных
каналов утечки информации в диапазоне радиоволн, которые распро-
страняются за пределы контролируемой зоны [207]
В данной главе основное внимание уделяется методам поиска ра-
диоканалов утечки акустической информации, как наиболее распро-
страненных [204]. Электронные устройства, передающие акустическую
информацию по радиоканалу, далее будут называться радиомикрофо
нами. Радиомикрофоны могут быть выполнены в виде отдельного уст-
ройства с небольшими габаритными размерами или встроены в пред-
меты повседневного быта: телефон, зажигалку, наручные часы, закол-
ку для галстука и т.п. Технически возможно изготовить радиомикро-
фон, работающий практически в любом диапазоне радиоволн, одна-
ко чаще используются метровый и дециметровый диапазоны. В ра
диомикрофонах применяются различные виды модуляции, начиная от
простейших амплитудной или угловой и заканчивая сложными цифро-
выми видами модуляции. Для повышения скрытности работы в доро-
гих радиомикрофонах разделяются этапы накопления и передачи ин-
формации. В подобных устройствах осуществляется сжатие и запись
аудиосигнала во внутреннюю память в течение длительного интерва-
ла времени, затем передача данных в эфир за сравнительно корот-
кий временной интервал.
518
Глава 11
Самыми простыми обнаружителями излучений радиомикрофонов
являются индикаторы электромагнитного поля, которые звуковым или
световым сигналом оповещают о наличии в точке расположения его
приемной антенны электромагнитного поля с напряженностью выше по-
роговой. Более сложными приборами для обнаружения радиомикрофо-
нов являются так называемые интерсепторы, которые автоматически
настраиваются на частоту наиболее мощного сигнала и осуществляют
его детектирование. Чувствительность подобных обнаружителей неве-
лика, поэтому они позволяют обнаруживать радиомикрофоны только на
небольшом расстоянии. Хорошую чувствительность имеют радиопри-
емники с автоматической перестройкой и спектроанализаторы. Кроме
обнаружения излучений, эти приборы позволяют иногда определить вид
модуляции и ее параметры. Для поиска радиомикрофонов, в том числе
выключенных, могут быть использованы нелинейные локаторы, прин-
цип действия которых заключается в излучении мощного радиосигнала
и приеме его второй или третьей гармоники, возникающих из-за нели-
нейностей электронных компонентов радиомикрофона.
Для повышения достоверности обнаружения излучений радиомик-
рофонов и определения их местоположения используют автоматизиро-
ванные аппаратно-программные комплексы радиомониторинга. В про-
стейшем случае подобные комплексы строят на базе доработанных ска-
нирующих приемников или спектроанализаторов и переносных компью-
теров, в более сложных системах используют цифровые панорамные
радиоприемные устройства с широкой полосой мгновенного обзора,
которые обеспечивают высокое быстродействие и делают возможным
обнаружение радиомикрофонов с промежуточным накоплением или со
сложными видами модуляции.
Поиск источников электромагнитного излучения аппаратно-про-
граммными комплексами обычно проводится внутри защищаемого объ-
екта. Но поскольку электромагнитные колебания от порождающих их
источников выходят за пределы объектов, их обнаружение возможно и
снаружи. Для этой цели применяют мобильные станции радиомонито-
ринга, которые особенно эффективны при наличии специального про-
граммного обеспечения, разработанного для задач обнаружения извне
радиомикрофонов в зданиях и сооружениях.
Актуальной является задача быстрого обнаружения несанкциониро-
ванно установленного в контролируемом помещении радиомикрофона
при минимальном участии оператора. Решение подобной задачи су-
щественно осложняется тем, что обнаружение должно осуществляться
в очень широком диапазоне частот и в условиях сложной радиообста-
новки, характеризуемой множеством различных радиопомех, в число
которых в данном случае входят, например, сигналы радиовещатель-
ных и телевизионных станций. К тому же по известным причинам пол-
ностью отсутствуют априорные данные о параметрах излучения иско-
мого радиомикрофона.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации 519
11.1. Основные этапы поиска
электромагнитных каналов утечки
информации
Выявление ТКУИ — сложный процесс, который в упрощенном ви-
де может быть представлен рядом этапов [156], представленных на
рис. 11.1.
Текущий контроль загрузки радиодиапазона (первый этап) пред-
полагает накопление и анализ данных о частотах, уровнях и характере
радиосигналов в рабочем диапазоне применительно к контролируемому
помещению (КП). Под эталонной панорамой понимается совокупность
накопленных за достаточно большой интервал времени спектральных
данных, полученных при проведении текущего контроля. При этом пред-
полагается, что опасные сигналы отсутствуют.
Рис. 11.1. Процесс выявления технических каналов утечки информации
520
Глава 11
Целью второго этапа является обнаружение новых излучений, по-
рождаемых внутри КП и потому потенциально опасных с позиции утечки
информации. Для эффективной реализации этого этапа следует ис-
пользовать одно-, двух- или многоканальные цифровые панорамные
радиоприемные устройства, обеспечивающие высокую скорость пано-
рамного спектрального анализа. К системам подобного класса можно
отнести, к примеру, АРК-Д11, АРК-Д7КМ и АРК-Д13.
Суть многоканального поиска состоит в следующем: к одному входу
приемника подключают опорную антенну, находящуюся вне зоны прие-
ма сигналов из КП, но обеспечивающую надежный прием всех внешних
сигналов; к другим входам подсоединяют приемные антенны, находя-
щиеся в КП. Сопоставление радиосигналов, приходящих по опорному и
прочим (сигнальным) каналам, позволяет выявлять радиоизлучения, по-
рождаемые внутри КП. Эти новые сигналы и представляют собой обь-
екты более детального тестирования, выполняемого на третьем этапе.
Целью третьего этапа является проверка опасности выявленных ра-
диоизлучений с позиции утечки информации. Излучения, тестирование
которых показало, что они несут в себе информацию о процессах в
КП, в дальнейшем условимся называть ид< нтифицированными. Сле-
дует отметить, что полная автоматизация процесса определения сте-
пени опасности выявленных радиоизлучений вряд ли возможна в бли-
жайшее время из-за его большой сложности. Вместе с тем существует
ряд достаточно эффективных автоматизированных методов тестирова-
ния, позволяющих ускорить принятие решения в большинстве ситуа-
ций. Подобные подходы, опирающиеся на излучение в КП специфиче-
ских акустических сигналов, будут рассмотрены в данной главе, а мето-
дам проведения специальных исследований ПЭМИН будет посвящена
гл. 11. К сожалению, упомянутые методы не гарантируют однозначную
идентификацию всех опасных излучений, чем и объясняется наличие
на рис 11.1 ряда экспертных методов тестирования, ориентированных
на участие оператора, опыт которого может способствовать принятию
правильного решения в сложных случаях.
Локализация местоположения ИРИ (четвертый этап) возможна
только с участием оператора Данный этап может проводиться в ав-
томатизированном режиме для локализации радиомикрофонов без за-
крытия и с использованием аппаратуры ручного пеленгования.
Наконец, пятый этап, связанный с противодействием съему (утеч-
ке) информации, может быть реализован разными путями в зависимо-
сти от результатов выполнения предыдущих четырех этапов. Например,
если по ходу некоторого совещания с помощью поискового оборудова-
ния был обнаружен факт использования (активации) радиомикрофона и
определена используемая им частота, то на период проведения совеща-
ния на этой частоте может быть поставлена прицельная помеха с пара-
метрами, гарантирующими подавление радиомикрофона. Технические
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
521
пути данного решения рассмотрены ниже. Если же выявленное излуче-
ние оказывается непредумышленным результатом работы какого-либо
используемого в КП оборудования, то принимаются меры к снижению
уровня этих побочных излучений. Может быть произведено экранирова-
ние, а также зашумление помещения, в котором осуществляется работа
данного устройства. Методы и средства зашумления помещения в рам-
ках данной книги не рассматриваются.
11.2. Обнаружение радиосигналов,
излучаемых в контролируемом
помещении
Интенсивность радиосигналов в ближней и дальней зонах. Как
известно из электродинамики, напряженность электромагнитного поля
в ближней и дальней зонах изменяется с расстоянием различным об-
разом. Компоненты вектора напряженности электрического поля р, из-
лучаемого электрическим диполем, в сферических координатах опре-
деляются выражениями [140]
„ 1/1 №\
Ег = -— —-------- cos ОД exp(-jurt);
2тге \ г3 г2 J
(-^7 - ) Sin0|$exp(-M); (11J)
47ГЕ \ Г3 Г2 Г J
Е^ = 0.
где г, в и <р — сферические координаты; Er, Ео и Е<р — компоненты
напряженности электрического поля в сферических координатах; е —
электрическая проницаемость свободной среды; и — круговая частота
излучения; к — волновой вектор.
Дипольный момент |р|2 связан с излучаемой мощностью Ж соотно-
шением
И7 = — дТёдй2, (11.2)
где р — магнитная проницаемость свободной среды.
Модуль напряженности *£| электрического поля с учетом выраже-
ний (11.1) и (11.2) определяется следующим выражением:
(11-3)
522
Глава 11
Обозначим коэффициенты
тогда с учетом (11.2) выражение (11.3) запишем в виде
-* I 12тг IV / 1 1
И = J cos20 + -—-Z<2sin20. (11.4)
у iiy/ejjw4 V (2тге)2 (4тге)2
Для нахождения максимума модуля напряженности £М1ах(г) элек-
трического поля по всем возможным направлениям в при заданном г
учтем равенство sin2 0 - 1 — cos2 0 и перепишем последнее выраже-
ние следующим образом:
, / 12тг!У /Г 1 Z 1 т \ ~ 1
\Е = , / ——— 1 / ——-/<1-------------/<2 cos2 0 +-------К.. (11.5)
у Дд/Ёдш4 у \ (2тге)2 (4тге)2 ) (4тге)2
Анализ данного выражения показывает следующее:
1. Если -----Кх > --------/G, т.е. первый член подкоренного вы-
(27ге)2 (4тге)2
ражения больше нуля, то максимум напряженности поля достигается
при cos2 0 = 1 и равен ------/<..
(2тте)2
2. Если же первый член подкоренного выражения меньше нуля,
то максимум напряженности поля достигается при cos2 0 = О и равен
/ 127Г1У / 1 ~
У Дд/ЕДСс»4 V (Алб)2 2
Таким образом, максимальное значение напряженности поля опре-
деляется выражением
^та.х (^ )
12тгИ/ Г ( 1 ~ 1 ~ 1
-—-—— А / max <-----К,,-------К> ,
д^/^дй/1 у [ (2те)2 (4тге)2 /
(11-6)
На рис. 11.2 представлены рассчитанные с помощью формулы
(11.6) зависимости максимального значения модуля напряженности
электрического поля £?tnax, порождаемого сравнительно маломощными
(100 мкВт и 1 мВт) ИРИ с частотами 30 и 300 МГц в КП на дальностях
R от 1 до 10 м. На тех же рисунках приведены аналогичные зависи-
мости для мощных (100 Вт) ИРИ, например, радиовещательных стан-
ций, отстоящих от помещения на 2 км. Анализ характера полученных
кривых показывает, что в ближней (1...8 м) зоне уровень излучения от
маломощных ИРИ. как и следовало ожидать, превышает уровень мощ-
ных, но удаленных источников. Опираясь на установленный характер
изменения интенсивности излучений, можно предложить структурную
схему системы выявления радиосигналов, излучаемых в КП, которая
будет рассмотрена ниже.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
523
Рис. 11.2. Зависимость от расстояния для ИРИ с частотой 30 МГц (а) и
300 МГц (б) при мощности 1 мВт (1), 100 мкВт (2) и 100 Вт (3) (удаленный на
2 км источник)
Обобщенная структура аппаратуры выявления ТКУИ. Прове-
денный выше анализ показал, что аппаратура выявления ТКУИ долж-
на обеспечивать контроль изменения интенсивности сигналов внутри
КП, что подразумевает использование в этом помещении нескольких
приемных антенн. При использовании многоканального радиоприемно-
ю устройства используемые антенны непосредственно подключаются к
входам РПУ; если же число антенн превышает число входов радиопри-
емного устройства, то обработка сигналов с этих антенн может быть
организована за счет применения антенного коммутатора, поочередно
подключающего разные антенны к входу приемника. Пракгика показы-
вает, что для контроля помещения размером до 100 м2 обычно доста-
ючно использовать от 2 до 4 подобных антенн. Для корректного сопо-
ставления наблюдаемых интенсивностей радиоизлучений рекомендует-
ся использовать антенны с невыраженной поляризацией, обладающие
квазиизотропной диаграммой направленности, поскольку вид поляри-
зации излучений у радиомикрофонов не известен.
Помимо рассмотренных выше особенностей следует учесть, что:
1) быстрый поиск радиосигналов в широкой полосе частот требу-
ет наличия аппарагуры, обеспечивающей высокую скорость панорам-
ного спектрального анализа;
2) выполняемая на третьем этапе обработки проверка опасности
выявленных радиоизлучений с позиции утечки информации наиболее
эффективно осуществляется при использовании специальных тестовых
акустических сигналов, что требует наличия акустических колонок и мик-
рофона.
Итак, для эффективного решения задач обнаружения и локализации
ТКУИ поисковая система должна содержать [16, 183]:
• комплект распределенных в КП широкополосных антенн. Желатель-
но, чтобы опорная антенна была вынесена за пределы КП;
• управляемый антенный коммутатор;
524
Глава 11
• управляемый радиоприемный тракт с шириной полосы одновре-
менного анализа (по промежуточной частоте) не менее нескольких
мегагерц;
• акустические колонки и микрофон для проведения тестов;
• устройство аналого-цифровой обработки;
• ПЭВМ.
Методика сравнения интенсивностей сигналов. Используемые
в обычных радиомикрофонах виды модуляции и порождаемые ими ра-
диосигналы, как правило, относительно узкополосные. Таким образом,
задача обнаружения сигналов радиомикрофонов оказывается аналогич-
ной задаче обнаружения узкополосных радиосигналов, уже рассмотрен-
ной ранее в гл. 3. Исходными данными для анализа в этом случае будут
отсчеты энергетического спектра наблюдаемых сигналов.
Рассмотрим набор отсчетов усредненного энергетического спектра
1 R
ХяДп) = (11.7)
Ъ Г=1
где Cj>r(n) — отсчеты дискретного преобразования Фурье г-й зареги-
стрированной выборки обрабатываемого широкополосного случайного
процесса, полученного по j-му каналу (с j-й антенны). Отсчеты Xr, (??)
характеризуют распределение мощности наблюдаемого процесса по
частотам. Если сигналу u(t) соответствует набор отсчетов с номера-
ми от nmin до 7imax, то средняя мощность этого сигнала будет пропор-
циональна сумме этих отсчетов. Если мощность сигналов выражать в
децибелах относительно некоторого уровня, то расчетное выражение
для оценки мощности PUj, дБ, сигнала zz(i), примет вид
(77’ max \
52 XRj(n) 1 + (11.8)
где — поправочный коэффициент, определяемый калибровочными
характеристиками антенны и аппаратуры J-ro канала АРМ.
Пусть теперь требуется сопоставить оценку мощности сигнала n(t)
при его наблюдении по j-му каналу по отношению к другому каналу,
который в дальнейшем условимся называть опорным. Из-за неидентич-
ности характеристик поправочные коэффициенты д этих каналов будут
различными, поэтому выражаемое в децибелах превышение наблюда-
емого уровня мощности в j-m канале перед опорным определится соот-
ношением
где значения с индексом у соответствуют j-му, а значения с индек-
сом «о» — опорному каналу.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
525
Практическое использование выражения (11.9) осложняется тем,
что поправочные коэффициенты д каждого из каналов могут изменять-
ся по ходу измерений, например, за счет действия системы АРУ. Учесть
этот фактор можно двумя способами. Первый (детерминированный)
подход базируется на калибровке каждого канала и отключении АРУ
или оценке его влияния путем соответствующего перерасчета значе-
ний. Если же контролировать текущий режим работы канала и пересчи-
тывать значения коэффициентов д невозможно, то следует оценивать
разность (д^ — до) непосредственно по результатам измерений. Для
этого, например, можно контролировать наблюдаемую интенсивность
аддитивного шума, на фоне которого проводится поиск сигналов, ко-
торая удовлетворяет соотношению
А, = 101д(ХЛо(п*)) + л, ДБ, (11.10)
где XRo(n) — сглаженный энергетический спектр опорного канала (см.
выражение (3.25)), а п* = arg min Хдо(п) — координата минимума дан-
71
ной зависимости, соответствующая шумовому участку спектра наблюда-
емого случайного процесса. В предположении одинаковой интенсивно-
сти внешних шумов для всех каналов приема для разницы поправочных
коэффициентов д получаем соотношение
Дд> = д7 - до = 10 lg(XRo (n*)/XRj;(??*)), дБ, (1111)
конкретизирующее практическое использование выражения (11.9).
Алгоритм обнаружения источников радиосигналов в контроли-
руемой зоне. Большинство радиомикрофонов используют для пере-
дачи информации относительно узкополосные радиосигналы, поэтому
при поиске опасных радиоизлучений, как правило, нет необходимости
анализировать совместно радиосигналы, значительно разнесенные по
частоте. В связи с этим ограничимся процедурой обработки сигналов
в текущей полосе анализа AF.
Практическая реализация обнаружения «опасных» радиоизлучений
в полосе AF зависит от числа антенн, размещенных внутри КП, нали-
чия «опорной» антенны, вынесенной за пределы КП, числа каналов РПУ.
Однако, несмотря на отличия, связанные с этими факторами, обработка
сигналов при обнаружении сводится к следующей последовательности
этапов
1. Для текущей полосы анализа AF определяется «эталонная» па-
норама (влияние конкретного варианта получения «эталонной» панора-
мы на характеристики алгоритма будет обсуждаться далее).
2. Для сигналов со всех размещенных в КП антенн рассчитывается
энергетический спектр Хщ(п), и по нему в соответствии с алгоритмами,
обсуждавшимися в гл. 3, обнаруживаются узкополосные сигналы.
3. При необходимости адаптивной корректировки коэффициентов
fi для каждого из каналов вычисляется калибровочная поправка Дд7-
данного канала относительно «эталонной» панорамы.
526
Глава 11
4. Для каждого из обнаруженных сигналов u(t) выполняется сопо-
ставление мощностей в разных каналах и определяется максимальное
превышение наблюдаемого уровня мощности по отношению к «эталон-
ной» панораме:
ДЛпах(и) = max , дБ, (11.12)
.7
где ДР, рассчитываются согласно (11.9).
5. Определяется соответствующий сигналу u(t) класс ИРИ S со-
гласно правилу
f Ркп ПрИ APmax(7/,) Z> Д11Ор2>
Е = < не определен при Дпор1 APmaK(w)
Диор2> (11.13)
ч Рвнеш при ДРтах(?г)
< Дпор 1 >
где Дкп — множество ИРИ, принадлежащих КП; рВ11еш — множество уда-
ленных источников радиоизлучений; Дпор1 — порог принятия решения
о том, что сигнал u(t) формируется вне контролируемой зоны, т.е. его
источник принадлежит к удаленным ИРИ; Дпор2 — порог принятия ре-
шения о том,что ИРИ сигнала u(t) находится внутри КП.
На характеристики обнаружения влияют следующие факторы:
1) выбор порогов Д1К,р1 и Дпор2, которые в каждом конкретном
случае могут корректироваться с учетом свойств контролируемой обла-
сти (помещения), особенностей размещения приемных антенн, а также
свойств радиообстановки на разных участках диапазона частот;
2) применяемая методика получения эталонной панорамы.
Зависимость эффективности обнаружения от аппаратуры и
способов получения эталонной панорамы. При сложной радиооб-
становке и повышенных требованиях к скорости проведения анализа
влияние типа используемой аппаратуры и способов получения эталон-
ной панорамы радиосигналов, о чем упоминалось выше, становится су-
щественным. Для обнаружения кратковременных сигналов радиомикро-
фонов, выявления сигналов с динамическим частотно-временным рас-
пределением и быстрого принятия решения о наличии или отсутствии
радиомикрофонов в КП, например, во время важных совещаний, необ-
ходимы средства АРМ с высокой производительностью.
При использовании одноканального РПУ измерение уровня мощно-
сти сигналов с разных антенн можно проводить только последовательно
во времени. Из-за наличия модуляции, а также с учетом того, что поло-
са сигнала также неизвестна и при измерении берется ее оценка, воз-
никает существенная ошибка в оценке мощности, что приводит к воз-
растанию вероятности ложного обнаружения или пропусков сигналов.
Помимо этого, естественным следствием использования одноканальной
аппаратуры является большая продолжительность обработки сигналов.
Двухканальный метод обеспечивает в этих условиях ббльшую ве-
роятность обнаружения кратковременных и импульсных сигналов [182].
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
527
Применение двухканального приемника, каналы которого синхронно на-
страиваются на одну и ту же полосу анализа, сокращает длительность
измерений и повышает точность оценки мощности сигналов. Повыше-
ние точности достигается за счет того, что снятие временной выбор-
ки происходит синхронно по двум каналам и оценка уровня мощности
сигнала осуществляется в равных условиях. Поскольку при принятии
решения происходит сравнение относительных величин, ошибки, свя-
занные с погрешностями алгоритма оценки мощности, практически не
оказывают влияния на результат.
Наиболее эффективного решения перечисленных задач можно до-
биться за счет использования многоканального РПУ, позволяющего од-
новременно выполнять измерения как вне, так и в нескольких точках
внутри КП.
Вне зависимости от числа каналов в используемом РПУ существен-
ное улучшение характеристик алгоритма обнаружения наблюдается при
использовании «опорного» канала приема, базирующегося на вынесен-
ной за пределы КП антенне. Наличие такого канала позволяет корректи-
ровать «эталонную» панораму в соответствии с изменяющейся радиооб-
становкой.
11.3. Идентификация и локализация
радиомикрофонов
Наряду с решением задачи обнаружения источника радиоизлучения
в КП необходимо установить степень опасности выявленного излучения.
Для этого прежде всего необходимо осуществить его идентификацию,
т.е. перепроверить, действительно ли выявленное радиоизлучение при-
надлежит радиомикрофону, установленному в КП. В случае, если ра-
диомикрофон представляет реальную опасность и не предполагается
«радиоигры», т.е. сброса заведомо ложной информации, следует лока-
лизовать радиомикрофон, т.е. установить его местоположение.
Рассмотрим способы и идентификации и локализации радиомикро-
фонов [182, 183], пригодные для большого числа видов модуляции, в
том числе AM, узкой и широкой ЧМ, непрерывных видов модуляции с
инверсией спектра и частотной мозаикой.
Для идентификации используются акустические тестовые сигналы
различных видов. После настройки РПУ на частоту одного из выявлен-
ных новых ИРИ осуществляется акустическое зондирование в КП с по-
мощью обычных звуков (быстрая ритмичная музыка, непрерывная речь)
или сигналами специального вида, формируемыми аппаратурой выяв-
ления ТКУИ. Принятый радиосигнал дем одул ируется различными демо-
дуляторами, и для каждого демодулированного сигнала осуществляется
корреляционная обработка с модулирующим сигналом во временной и
спектральной областях. По значению коэффициента корреляции прини-
мается решение о принадлежности источника принимаемого радиосиг-
нала радиомикрофону, расположенному в помещении.
528
Глава 11
Для сохранения работоспособности предложенного способа в слу-
чае использования простых методов закрытия, таких, как инверсия спек-
тра и частотная мозаика, в качестве тестового сигнала используют двух-
частотный сигнал или ЛЧМ сигнал, а обработку проводят в спектральной
области. По наличию спектральных составляющих тестового сигнала в
демодулированном сигнале на интервале времени ДТ, равном длитель-
ности звучания тестового сигнала, и их отсутствию вне этого интервала
ДТ выносят решение о наличии радиомикрофона.
В основе построения алгоритма обнаружения радиомикрофонов
со скремблированием в частотной области лежит взаимооднозачность
преобразования акустического сигнала, т.е. возможность по преобразо-
ванному сигналу однозначно восстанавливать исходный. Это означает,
что при многократном повторении какого-либо акустического сигнала
излучаемый радиосигнал также будет повторяться. Подобная повторя-
емость позволяет установить факт наличия радиомикрофона.
Локализация радиомикрофона осуществляется на основе измере-
ния длительности задержки прихода тестового акустического сигнала
к радиомикрофону относительно излученного акустическими колонка-
ми на основе триангуляционного метода. В упрощенном виде алго-
ритм реализуется с использованием двух акустических колонок. Неод-
нозначность расчета при этом устраняется тем, что акустические ко-
лонки размещаются у стен КП.
Подобные способы идентификации и локализации радиомикрофо-
на реализован в поисковой аппаратуре, начиная с 1996 г., в том чис-
ле в аппаратуре АРК-Д1, АРК-ПК-ЗКУ, АРК-ПК-5КУ, АРК-Д1Т и всех по-
следующих ее модификациях (АРК-Д1ТИ, АРК-Д1ТМ) с одноканальным
цифровым РПУ на современной элементной базе. Ширина полосы од-
новременного анализа в этих изделиях составляет 2 МГц, а скорость
панорамного анализа 150 МГц/с для аппаратуры 3-го поколения и бо-
лее 1500 МГц/с для аппаратуры 5-го поколения (АРК-Д1ТМ) во всем ра-
бочем диапазоне частот. Благодаря распределенной в помещении си-
стеме из нескольких антенн с квазиизотропными диаграммами направ-
ленности удается обеспечить чувствительность, которая делает возмож-
ным обнаружение радиомикрофона с мощностью 100 мкВт в помеще-
нии 10x10 м (100 м2).
11.4. Системы дистанционного
радиомониторинга удаленных
помещений
Принципы построения систем дистанционного радиомонито-
ринга. Если необходимо контролировать отсутствие ТКУИ в нескольких
помещениях, то устанавливать в каждом отдельном КП свой комплекс
для радиоконтроля не всегда возможно, поскольку в этом случае трудно
обеспечить скрытность его работы. Кроме того, такое решение сопря-
жено с большими финансовыми затратами. Задача построения систем
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
529
Комната 1
Антенна 1
Комната 2
Антенна 2
Опорная
антенна
Комната 3
Антенна 3
Антенный_
коммутатор
j Операторская
Центральный
модуль
Рис. 11.3. Система дистанционного радиомониторинга
с выносными антеннами
дистанционного радиомониторинга (СДРМ) нескольких помещений зда-
ния с одним центральным постом (ЦП) имеет свои специфические осо-
бенности и попытки решить ее путем простого комплексирования авто-
номной аппаратуры (для контроля одного помещения) и дополнитель-
ного оборудования, не приспособленного специально для данной цели,
не приводит к положительным результатам [149]. Приведенные далее
сведения справедливы как для типичной ситуации, когда размещение
СДРМ осуществляется в уже существующем здании, так и для случая,
когда наличие СДРМ учтено при проектировании здания, т.е. увязано с
конструкцией здания, его проводными и силовыми коммуникациями.
Возможный способ обеспечения безопасности нескольких поме-
щений заключается в использовании одного быстродействующего ком-
плекса, который обслуживает одновременно несколько КП, Такой ком-
плекс можно установить в специально выделенной для него комнате-
операторской, а в контролируемых помещениях разместить выносные
антенны, соединенные с операторской кабельными линиями. В этом
случае значительно легче решается задача скрытной работы системы,
поскольку выносным антеннам можно придать форму для камуфлиро-
ванного размещения. Стоимость такой распределенной системы будет
меньше, чем стоимость нескольких автономных комплексов.
На рис. 11.3 приведен пример СДРМ для радиоконтроля трех по-
мещений. Центральный модуль системы вместе с антенным комму-
татором установлен в специальной комнате-операторской. Антенные
системы вынесены в КП. Опорная антенна установлена за пределами
контролируемой зоны, например на крыше здания. Число КП зависит
от быстродействия центрального модуля, выбора антенного коммута-
тора и длины кабельных линий.
Отметим, что представленная на рисунке структура используется
на практике, но имеет несколько недостатков. Первый недостаток за-
ключается в том, что в КП вынесены только антенны. Такой подход
позволяет обнаруживать радиомикрофоны только как источники нового
радиоизлучения с точностью до помещения, но не дают точного ответа
на вопросы о принадлежности вновь обнаруженного источника имен-
но к средствам несанкционированного съема информации. Кроме того,
530
Глава 11
оказывается невозможным определить, в каком месте в пределах поме-
щения расположен источник. Для того чтобы ответить на эти вопросы, в
каждом КП дополнительно должен располагаться микрофон и акустиче-
ские колонки, так чтобы можно было провести идентификацию и лока-
лизацию радиомикрофона. Кроме того, в некоторых наиболее важных
помещениях целесообразно использование дистанционно управляемых
специальных генераторов, которые создают прицельные помехи на ча-
стотах обнаруженных источников радиоизлучения.
Второй недостаток состоит в том, что априорно не известен диапа-
зон частот, в котором будет работать несанкционированное средство.
Реально частота излучения радиомикрофона может находиться в преде-
лах от десятков килогерц до десятков гигагерц. Использование одной
приемной антенны в каждой из комнат недостаточно, поскольку трудно
или практически невозможно обеспечить столь большой коэффициент
перекрытия по частоте для одной антенны. Целесообразно иметь ком-
плект антенн, каждая из которых имеет свой рабочий поддиапазон ча-
стот, например 9 кГц...30 МГц; 25...3000; 3000...8000 и выше 8000 МГц.
Необходимость разбиения контролируемой области частот на под-
диапазоны обусловлена различиями конструкций антенн и коммутаци-
онного оборудования. Данное разбиение достаточно условно, границы
рабочих диапазонов подсистем могут варьироваться, однако в целом
по критерию «эффективность — стоимость» указанный подход наиболее
целесообразен. Использование группы диапазонных антенн обеспечи-
вает повышение чувствительности системы, однако сопряжено и с до-
полнительными трудностями, связанными с передачей сигналов от каж-
дой из антенн. Контроль на частотах ниже 9 кГц, предполагающий, в том
числе, обследование проводных коммуникаций, сети переменного тока
и т.п., выходит за рамки данной книги и представляет отдельную тему.
Третий недостаток заключается в том, что использование длинных
радиочастотных кабелей, связывающих КП и операторскую, приводит
к ухудшению потенциальной чувствительности системы. Действитель-
но, как было показано в гл. 2, коаксиальный кабель вносит ослабление
и, как любое устройство с потерями, имеет коэффициент шума, при-
мерно равный при комнатной температуре ослаблению сигнала. Если
бы коаксиальный кабель вносил только ослабление, то его можно было
бы скомпенсировать усилителем на его выходе, однако такой усилитель
также будет усиливать и шумы, которые привносит кабель.
В гл. 2 на рис. 2.16 были приведены зависимости погонного ослаб-
ления (на 1 м длины) от частоты для нескольких марок отечественных
коаксиальных кабелей. Как видно из рисунка, величина затухания сиг-
нала в кабеле, а следовательно, и его коэффициент шума, растут с
увеличением частоты передаваемого сигнала. Чем меньшее затухание
имеет кабель, тем, как правило, больше его диаметр и допустимый ра-
диус изгиба, и тем сложнее его прокладывать. Кроме того, чем меньше
потери в кабеле, тем больше его стоимость.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
531
Рис. 11.4. Система дистанционного радиомониторинга с выносными модулями
Для уменьшения потерь и шумовых характеристик следует стре-
миться к сокращению длины кабельной линии, прокладывать кабель по
кратчайшему расстоянию от КП к операторской, однако эта рекомен-
дация, как правило, остается не более чем пожеланием. На практике
прокладка кабеля ведется не по прямым линиям, соединяющим поме
щения, а по стенам и перегородкам, исходя из имеющихся в здании
каналов, что существенно увеличивает длину кабеля. А это, в свою
очередь, приводит и к увеличению антенного эффекта, при котором на
кабель наводятся сигналы от посторонних источников, в результате на
его выходе наблюдается смесь полезного сигнала, принятого антенной,
и наведенных посторонних сигналов.
Для снижения влияния кабеля на чувствительность системы необ
ходимо применять малошумящие предварительные усилители на вхо-
де кабеля (см. гл. 2), т.е. фактически антенная система должна быть
активной. Эта же мера за счет увеличения уровня передаваемого сиг-
нала и улучшения согласования снижает антенный эффект. Отметим,
что снижение антенного эффекта достигается также, если использовать
дифференциальные схемы включения симметричных кабелей и двой-
ное экранирование. Но наиболее действенной мерой уменьшения вли-
яния кабеля является предварительное преобразование частоты сигна-
ла, принятого антенной, в более низкий диапазон.
Возможным решением направленным на улучшение работы систе-
мы, представленной на рис. 11.3, является использование выносных
модулей — устройств, устанавливаемых в КП, к которым подключают-
ся группы диапазонных антенн, акустические колонки, микрофон, ге-
нератор прицельных помех. Подобная структура СДРМ с выносными
модулями представлена на рис. 11.4.
В своем составе выносной модуль может иметь антенный комму-
татор, блок вторичного электропитания для активных антенн, микро-
фонный усилитель, блок управления генератором прицельных помех,
блок формирования сигналов для акустических колонок, управляющий
532
Глава 11
микроконтроллер. От выносного модуля по коаксиальному кабелю пе-
редаются высокочастотные сигналы выбранной антенн. Для передачи
сигналов управления и акустических сигналов можно использовать до-
полнительные низкочастотные кабели, стоимость которых невелика.
Примеры систем дистанционного радиомониторинга. До
1999 г на практике использовались такие СДРМ, как АРК-ДЗК с ис-
пользованием одноканальных комплексов АРК-Д1 и АРК-ПК-ЗКУ, АРК-
ПК-5КУ, построенные на основе доработанных импортных радиопри-
емных устройств AR-3000A, AR-5000. С 1999 г. вследствие появле-
ния российского ЦРПУ АРК-ЦТ1 с более высокими характеристиками,
чем у указанных импортных радиоприемных устройств, эти системы бы-
ли сняты с производства, а им на смену пришли системы АРК-ДЗТ,
АРК-Д9 и АРКД13 [158].
Ядром каждой из этих систем является центральный модуль — ав-
томатизированный комплекс радиомониторинга и выявления ТКУИ. Его
динамический диапазон, быстродействие, разрешающая способность,
степень автоматизации процессов обработки сигналов и функциональ-
ные возможности являются определяющими для всей системы в це-
лом. В СДРМ АРК-ДЗТ центральным модулем является одноканальный
комплекс АРК-Д1Т с ЦРПУ АРК-ЦТ1 или АРК-Д1ТМ с ЦРПУ АРК-ПР5
(«Аргамак») (см. гл. 2), а в системах АРК-Д9 и АРК-Д13 используются
двухканальные панорамные комплексы АРК-Д7К и АРК-Д11.
Особенностями данных систем являются: высокая скорость пано-
рамного спектрального анализа, что обеспечивает быстрое обнаруже-
ние любых радиомикрофонов, в том числе с периодическим кратковре-
менным выходом в эфир, широкополосных передатчиков, устройств с
цифровыми видами модуляции, наличие в каждом КП нескольких ан-
тенн на соответствующие рабочие диапазоны частот в сочетании с их
дистанционной коммутацией. Это гарантирует получение высокой чув-
ствительности поисковой системы; динамический диапазон ЦРПУ по
взаимной интермодуляции 2-го и 3-го порядка не менее 70 дБ, что
обеспечивает работу системы в сложной электромагнитной обстанов-
ке, свойственной крупным городам.
СДРМ АРК-ДЗТ обеспечивает автоматический панорамный поиск с
шагом 2 МГц при реальной скорости перестройки не менее 100 МГц/с
(600 МГц/с для АРК-Д1ТМ). Системы АРК-Д9 и АРК-Д13, имеющие двух-
канальный центральный модуль, обеспечивают автоматический пано-
рамный поиск с шагом 5 МГц, выполняемый синхронно по двум ка-
налам, при реальной скорости перестройки не менее 1000 МГц/с для
АРК-Д9 и 1500 МГц/с для АРК-Д13.
Совместно с аппаратными средствами программное обеспечение
комплекса реализует практически все известные на сегодня методы
обнаружения и идентификации радиомикрофонов (как активных, так и
пассивных), в том числе:
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
533
• разделение источников радиоизлучения на внешние и внутренние
путем поочередного (АРК-ДЗТ) и синхронного (АРК-Д9, АРК-Д13)
сравнения уровней радиосигналов, принятых с выбираемых по оп-
ределенному алгоритму пар антенн;
• синхронный контроль радиоисточников на частотах, кратных обна-
руженной частоте (тест по гармоникам);
• поиск корреляции между акустическим воздействием (окружающим
фоном или специальным тестовым сигналом) и параметрами при-
нимаемого радиосигнала; запись на жесткий диск ПЭВМ радиосиг-
налов на ПЧ;
• технический анализ радиосигналов в реальном времени и в от-
ложенном режиме;
• определение вида модуляции и демодуляцию зарегистрированных
цифровых сигналов;
• измерение параметров радиосигналов с различными видами моду-
ляции;
• накопление в базе данных для последующего использования ин-
формации об источниках радиосигналов и их параметрах, получен-
ных с помощью технического анализа.
Кроме сугубо поисковой функции (т.е. выявления несанкциониро-
ванных радиоизлучений), эти системы обеспечивают:
• протоколирование радиообстановки в координатах «частота-уро-
вень-время» с формированием файлов с результатами по каждому
КП;
• фиксацию загрузки рабочего диапазона частот с накоплением ре-
зультатов по каждому помещению;
• сохранение полученной информации в базе данных с возможно-
стью последующей отложенной обработки специальным пакетом
программ;
• адаптацию к уровню индустриальных шумов и помех; формирова-
ние отчетов за указанный период дежурства;
• удаленный контроль и администрирование через сеть TCP/IP.
Система дистанционного радиомониторинга АРК-ДЗТ базиру-
ется на одноканальных комплексах АРК-Д1Т и АРК-Д1ТМ, предназна-
ченных для широкополосного автоматизированного радиомониторинга
и выявления ТКУИ. В комплексе АРК Д1Т используется ЦРПУ АРК-ЦТ1
с диапазоном рабочих частот 9 кГц...2020 МГц, а в комплексе АРК-
Д1ТМ — ЦРПУ АРК-ПР5 с диапазоном рабочих частот 9 кГц...3000 МГц.
Технические характеристики базового состава системы АРК-ДЗТ
Основной диапазон рабочих частот, МГц, не менее:
для АРК-Д1Т .............................................. 0,009 ..2020
для АРК-Д1ТМ............................................0.009...3000
Дополнительные диапазоны рабочих частот, МГц:
при наличии конвертера АРК-КНВЗ............................2000...8000
при наличии конвертера АРК-КНВ4.........................2000...18000
534
Глава 11
Скорость панорамного анализа, МГц/с, не менее (при работе
с одной антенной):
для АРК-Д1Т............................................140
для АРК-Д1ТМ...........................................600
Разрешающая способность, кГц, не более...................7
Динамический диапазон, дБ, не менее......................70
Чувствительность приемного тракта в полосе 12 кГц при пано-
рамном анализе, мкВ, не более............................3
Относительная точность измерения центральной частоты, не ху-
же (в диапазоне частот выше 20 МГц)......................±10-6
Диапазон рабочих частот блока формирования прицельных по-
мех АРК-СПМ, МГц ........................................40...1000
Минимальный шаг перестройки АРК-СПМ, кГц.................12,5
Выходная мощность АРК-СПМ, мВт...........................100... 150
Диапазон рабочих частот блока контроля проводных сетей АРК-
КПС, кГц, не менее.......................................0,4...30000
Максимальное входное напряжение пробника АРК-ПСП-2, В....400
Максимальное входное напряжение активного пробника АРК-
АСП-2, В, на частотах:
менее 60 Гц..............................................400
от 60 Гц до 20 кГц.....................................50
от 20 кГц до 5 МГц.....................................10
Входное сопротивление, кОм, не менее:
пробника АРК-АСП-2 .....................................1000
пробника АРК ПСП-2 ....................................1
Напряжение питания АРК-Д1Т, В:
переменное...............................................90... 240
постоянное............................................13±3
Потребляемая мощность, ВА, не более......................55
Габаритные размеры центрального модуля, мм, не более.....465x427x175
Масса, кг, не более......................................15
Рис. 11.5. Центральный модуль
комплекса АРК-Д1Т
Центральный модуль системы
АРК-ДЗТ показан на рис. 11.5, он
имеет вид кейса. На лицевой па-
нели модуля имеется восемь вхо-
дов антенного коммутатора, вход
для подключения микрофона, гром-
коговоритель, гнезда для акустиче-
ских колонок, разъемы для соеди-
нения с ПЭВМ.
В качестве опорных антенн ис-
пользуются антенны наружного ис-
полнения АРК-А5, АРК А8Н или АРК-
А12. Внутри помещений могут ис-
пользоваться антенны АРК-А2,
АРК-А6, АРК-А10, АРК-А11, АРК-
А8В. Основные характеристики пе-
речисленных антенн представлены
в табл. 11.1.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
535
Таблица 11.1
Антенны, используемые в системах дистанционного радиомониторинга
Антенна и ее исполнение Внешний вид Диапазон рабочих частот, МГц Диаграм- ма направ- ленности Габаритные размеры, мм
АРК-А2, АРК- 20...2000 Квази- 310x310x15;
А2М (внутри помещений) изотропная 280x280x15
АРК-А5 (вне по- мещений) 20...3000 Квази- изотропная в собранном виде 680 x 520 x 540; в упакованном — 520x320x70
АРК-А6 (вне и внутри помеще- ний) 20 ..2000 Одно сторонняя 320x320x15
АРК-А8В, АРК- А8Н (bi гутри и вне помещений) 0,01...6000 Квази- изотропная 260x260x12
АРК-А10 (внутри помещений) 1000...2000 Квази- изотропная 90х90хх63
АРК-А11 (внутри помещений) 2000...8000 Квази - изотропная 90x90x45
АРК-А12 (вне помещений) 20...3000 Квази- изотропная 522x470x96
Коэффициент стоячей волны всех антенн не более 3.
В состав оборудования входит блок контроля проводных сетей АРК-
КПС с активным АРК-АСП2 и пассивным АРК-ПСП2 сетевыми проб-
никами. В состав системы могут быть также включены преобразо-
ватели радиосигналов АРК-КНВ2 (2...6 ГГц), АРК-КНВЗ (3...8 ГГц) или
536
Г лака 11
АРК-КНВ4 (3...18 ГГц) и блок формирования прицельных помех АРК-
СПМ (40... 1000 МГц).
Система АРК-ДЗТ выпускается в двух исполнениях. В исполнении 1
в системе имеется только один выносной модуль, предназначенный для
коммутации сигналов опорных антенн; антенные системы, устанавли-
ваемые в КП, подключаются непосредственно к антенному коммутато-
ру центрального блока. В исполнении 2 в состав системы добавляется
блок управления выносными модулями и четыре выносных модуля, уста-
навливаемые в КП. На рис. 11.6 приведена схема соединений системы
дистанционного радиомониторинга АРК ДЗТ с выносными модулями
АРК-
АНА!
АРК-
АНА!
АРК-
АНА!
АРК-
АНА!
Антенны
АРК-
А2А!
АРК-
А11К
АРК-
А2А1
АРК-
А11К
АРК-
А2А1
АРК-
А11К
АРК-
А2А!
АРК-
А11К
20-1000 2-6 ГГц
МГц 1-2 ГГц
Выносной
модуль
20-1000 2-6 ГГц
МГц 1-2 ГГц
Выносной
модуль
20-1000 2-6 ГГц
МГц 1-2 ГГц
Выносной
модуль
20-1000 2-6 ГГц
МГц 1-2 ГГц
Выносной
модуль
"Выход'"Управпение"
'Выход ""Управление1
'Выход'" 'Управлен не"
Антенны
АРК-
АРК-
А2А1
АРК-
А8
АРК- [
А2М
АРК-
А5
'Выход‘’'Управпение"
"ВходТ"'УправпениеГ' ,'Вход2"’Управление2""ВходЗ""УправлениеЗ""|Зход4"“Управление4"
к выносным модулям
Блок управления выносными модулями
’Выход" "Кейс" =10.16 В -220 В
Измери-
тельная
антенна
Антенна
АРК-МА!
I АРК-АСП2
Адаптер
питания
АРК-МА1
ДАРК-ПСП2
Адаптер
питания
АРК-СПМ
АРК-СПМ
г1._____„Н Н_______В____о________
I—ту ' ДЗ' Питание Сеть Питание
Г) "Анг.4" =Ю. .16 В ~220 В КВАнт.
м_.
''КВ Ант1
"КВ Ант2'
"Доп порт'
'Ант.З'
•Аиг2'
"Ант1
Центральный модуль
АРК-Д1Т
"Упр.СПМ"
Ан генный
усилитель
АРК-АУ1
"Ант.КНВГ
н
М D
К компьютеру
Антенна
АРК-КНВ!
Антенна
АРК-А2
D
О
О
0
Рис. 11.6. Схема соединении АРК-ДЗТ исполнение 2
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
537
От центрального
блока
К акустическим
колонкам
От микрофона
К центральному
блоку
Рис. 11.7. Структурная схема выносного модуля АРК-ВМ-К2
Структурная схема выносного модуля представлена на рис. 11.7,
а его внешний вид — на рис. 11.8.
Конвертер радиосигналов переносит частоты сигналов из диапазо-
на 2...6 ГГц в диапазон до 1 ГГц, ВЧ коммутатор подключает одну из двух
антенн или сигнал от конвертера к центральному блоку. Акустический
блок управляет работой громкоговорителей и выносного микрофона,
блок управления служит для связи с центральным модулем или блоком
управления выносными модулями, задает режим работы ВЧ коммутато-
ра, акустического блока, антенного усилителя и конвертера.
Питание всех устройств, входящих в систему, кроме ПЭВМ и блока
управления выносными модулями, осуществляется от вторичного блока
питания, встроенного в центральный модуль. Первичное питание ком-
плекса осуществляется от сети переменного тока 90...250 В (50/60 Гц)
или бортовой сети автомобиля напряжением =11..16 В.
В системе предусмотрен аварийный источник питания — аккумуля-
тор, установленный внутри кейса центрального модуля и предназначен-
ный для кратковременной работы, в основном для аварийного завер-
шения работы, т.е. сохранения данных на компьютере.
Система дистанционного радиомониторинга АРК-Д9 построена
на основе двухканального комплекса радиомонитоирнга и поиска кана-
лов утечки информации АРК-Д7. Ядром последнего выступает двухка-
нальное ЦРПУ АРК-ЦТЗ, имеющее лучшие по сравнению с АРК-ЦТ1 тех-
нические характеристики, особенно по скорости панорамного анализа.
Рис. 11.8. Выносной модуль АРК ВМ-К2 Рис. 11.9. Центральный блок АРК-Д7К
538
Глава 11
В систему АРК-Д9 могут входить до 16 выносных модулей. Внешний
вид центрального блока — комплекса радиомониторинга и поиска тех-
нических каналов утечки информации АРК-Д7К показан на рис. 11.9.
Основные технические характеристики АРК-Д9
Число контролируемых помещений, не более.........16
Рабочий диапазон частот базового комплекта, МГц..25...3000
Рабочий диапазон в полной комплектации, МГц, не более .до 8000
Скорость в рабочем диапазоне, МГц/с:
при одноканальном поиске.......................3000
при двухканальном поиске.......................1500
Динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го
порядка, дБ......................................75
Полоса обрабатываемых частот, кГц/разрешающая спо-
собность, Гц.....................................5000/15000, 250/500,
120/240, 50/100,
9/20, 6/12
В отличие от системы АРК-ДЗТ, СДРМ АРК-Д9 способна выпол-
нять двухканальный синхронный двухканальный поиск ТКУИ, что наряду
с высокой скоростью перестройки по частоте увеличивает вероятность
обнаружения кратковременно работающих источников радиосигналов.
В настоящее время с появлением модулей серии «Аргамак» и пано-
рамных цифровых радиоприемных устройств на их основе СДРМ АРК-Д9
снята с производства и заменена более совершенной АРК-Д13.
Система дистанционного радиомониторинга АРК-Д13 позволя-
ет контролировать до 52 удаленных помещений одним комплектом двух-
канальной аппаратуры радиомониторинга АРК-Д11, расположенном на
центральном посту. Такое расширение числа КП стало возможным бла-
годаря использованию унифицированных антенных коммутаторов на во-
семь входов, которые обеспечивают древовидное разветвление между
собой. Таким образом, к одному коммутатору можно подключить во-
семь других коммутаторов. Древовидная структура значительно умень-
шает расход коаксиального кабеля и упрощает его разводку.
Основные технические характеристики АРК-Д13
Число контролируемых помещений, не более.............52
Рабочий диапазон частот, МГц:
в базовой комплектации.............................25...3000
в полной комплектации..............................0,009...18000
Полоса одновременного анализа, МГц...................5
Скорость панорамного спектрального анализа в диапазоне
25...3000 МГц при полосе 5 МГц и дискретности БПФ 6
кГц, МГц/с:
при одноканальном поиске..........................3200
при двухканальном поиске..........................1600
Динамический диапазон по интермодуляции 3-го и 2-го
порядка, не менее, дБ...............................75
Интегральная чувствительность системы (мощность пере-
датчика в помещении площадью 10x10 м обнаруживае-
мого с вероятностью 0,99), мкВт.....................70
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
539
От центрального
блока
К акустическим
колонкам
От микрофона
К центральному
блоку
Рис. 11.10. Структурная схема выносного модуля с преобразователем
радиосигналов АРК-ПС5
Полоса обрабатываемых частот, кГц/ разрешающая спо-
собность, Гц....................................5000/15000, 250/500,
120/240, 50/100,
9/20, 6/12
В системе АРК-Д13 используются усовершенствованные выносные
модули, в которых встроены преобразователи радиосигналов АРК-ПС5
серии «Аргамак». Структурная схема модуля приведена на рис. 11.10.
Сигналы от антенн преобразуются на ПЧ 41,6 МГц, что сводит к ми-
нимуму потери и коэффициент шума соединительного кабеля, а так-
же значительно уменьшает влияние антенного эффекта. Кроме того, в
модуле реализована передача сигналов управления и выходного сиг-
нала ПЧ по одному кабелю.
11.5. Программное обеспечение
систем дистанционного
радиомониторинга
Решение задач дистанционного радиомониторинга обеспечивают
разработанные пакеты специального программного обеспечения. Ос-
новные задачи, решаемые программными пакетами совместно с аппа-
ратурой, приведены в табл. 11.2.
Программные пакеты СМО-ПА, СМО-СТА уже рассматривались в
предыдущих главах книги, поэтому остановимся более детально на про-
граммном пакете СМО-ДХ.
Назначение и возможности программы СМО-ДХ. Программный
пакет СМО-ДХ является составной частью специального математиче-
ского обеспечения (СМО) как одноканального, так и двухканального
автоматизированных комплексов радиомониторинга и обнаружения ра-
диомикрофонов. Программа ДХ обеспечивает выполнение следующих
функций:
• управление аппаратным комплексом;
• оперативную оценку радиообстановки;
• спектральный анализ радиосигналов в режиме реального времени;
• работу в соответствии с различными заданиями, определяемыми
пользователем;
540
Глава 11
Таблица 11.2
Перечень задач, решаемых аппаратно-программным комплексом
Решаемая задача Допол нител ьное оборудование, программный пакет
Автоматическое обнаружение излучений радиомикрофо- нов, определение их местоположения в КП Контроль проводных сетей на наличие напряжений пере- датчиков, осуществляющих снятие акустической информа- ции в контролируемом помещении и передачу по контро- лируемой сети Формирование помех приему сигналов от радиомикрофо- нов в зоне их электромагнитной доступности на фиксиро- ванных частотах Панорамный анализ в реальном масштабе времени, в том числе обнаружение и измерение параметров излучений, отображение на экране монитора спектрального состава радиосигналов и запись информации о выявленных излу- чениях в базу данных, протоколирование радиообстановки для последующей отложенной обработки Отложенная обработка результатов записи радиообста- новки Запись фрагментов радиосигналов в векторном виде на жесткий диск ПЭВМ, в том числе в полосе 5000, 2000, 250 и 15 кГц Непрерывная запись радиосигналов в векторном виде на жесткий диск ПЭВМ в полосе до 250 кГц Технический анализ радиосигналов в реальном масштабе времени и их отложенная обработка Демодуляция принимаемых сигналов AM, NFM, WFM, LSB, USB с возможностью их записи на жесткий диск СМО-ДХ СМО-ДХ Блок АРК СПМ, пакет СМО-ДХ СМО-ПА СМО-АСПД СМО-ПА, СМО- СТА СМО-СТА СМО-СТА Любой из про- граммных пакетов
• оперативный просмотр получаемой панорамы (одновременно с ее
обновлением);
• запись файлов накопленного спектра в базу данных;
• просмотр ранее накопленной панорамы спектра и работу с ней;
• выявление новых источников радиоизлучений (ИРИ);
• оценку корреляции принимаемого низкочастотного сигнала с аку-
стическим колебанием внутри помещения при использовании раз-
личных акустических тестовых сигналов, в том числе по естествен-
ному акустическому фону;
• обнаружение радиомикрофонов различных видов, в том числе
скремблированных и использующих сложные виды модуляции;
• обнаружение местоположения радиомикрофонов в пределах поме-
щения;
• сохранение в базе данных параметров новых и идентифицирован-
ных ИРИ;
• работу с базой данных зарегистрированных источников;
• создание отчетов по результатам работы.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
541
Программа DX
Программа
теханализа STA
Удаленная ПЭВМ
Аппаратный
комплекс
и"-
........
i Программа-
; драйвер
аппаратуры
гж.|. <ну,' 7
Рис. 11.11. Структура распределенной системы
Функции, доступные при наличии блока формирования прицель-
ных помех АРК-СПМ:
• формирование задания для постановки прицельных помех;
• установку вида модуляции помехи (несущая, NFM, WFM);
• модуляция внешним звуковым сигналом;
• установка порядка настройки на частоты; установка времени пе-
редачи на каждой частоте.
Функции, доступные при анализе проводных линий:
• анализ спектра ВЧ сигналов в сети переменного тока и других
проводных линиях;
• обнаружение ВЧ сигналов от микрофонов в проводных линиях;
• обнаружение НЧ сигналов от микрофонов в проводных линиях;
• поиск местоположения микрофонов, подключенных к проводным
линиям.
Программа работает под управлением операционной системы Win-
dows 2000/Windows ХР в многозадачном режиме, как в локальном, так
и в сетевом варианте. Программа СМО-ДХ поддерживает работу с
различными видами аппаратуры (с соответствующими программами-
драйверами).
Программа СМО-ДХ обеспечивает единый интерфейс пользовате-
ля для работы с различными видами аппаратуры. Параметры интер-
фейса настраиваются в соответствии с используемым аппаратным ком-
плексом. Интерфейсная оболочка СМО-ДХ не обращается к аппарату-
ре напрямую, а взаимодействует с ней через программу посредника —
контроллер или драйвер аппаратуры. Обмен данными между програм-
мами СМО-ДХ и контроллером аппаратуры может осуществляться как
через общую память, так и посредством сетевого взаимодействия с
использованием протокола TCP/IP. Это позволяет создавать распре-
деленные системы, в которых оператор дистанционно управляет уда-
ленным аппаратным комплексом. Пример построения такой системы
показан на рис. 11.11.
Поддержка сетевого обмена может осуществляться разными спо-
собами. Например, с помощью сетевых карт по коаксиальной или витой
линии, по телефонной паре на основе модемов, беспроводным спо-
542
Глава 11
собом с помощью радиомодемов. В случае необходимости возможна
работа в локальном режиме с использованием одной ПЭВМ.
Особенности обнаружения радиомикрофонов. В программе ре-
ализованы рассмотренные выше алгоритмы обнаружения новых излуче-
ний, идентификации и локализации радиомикрофонов, анализ на гармо-
ники, проверка на корреляцию акустического сигнала внутри помеще
ния с принимаемым сигналом. Реализация алгоритмов обнаружения в
программе СМО-ДХ предусматривает как раздельное их использование,
так и совместное, в любой комбинации в зависимости от поставленной
задачи.
В программе предусмотрен этап адаптации к окружающей элек-
тромагнитной обстановке, в результате проведения которого формиру-
ется файл с амплитудно-частотной загрузкой рабочего диапазона ча-
стот, называемый далее эталонной панорамой. При достаточном вре-
мени накопления в панораме будут зарегистрированы также и те стан-
ции, которые выходят в эфир периодически, например станции мо-
бильных систем. Сравнение с эталонной панорамой позволяет об-
наруживать новые источники радиоизлучений, основываясь на накоп-
ленных ранее данных.
В программе предусмотрен алгоритм пространственной селекции
радиосигналов [156], для которого необходима распределенная антен-
ная система. Пространственная селекция основана на относительно
быстром затухании радиосигналов в ближней зоне (см. разд. 11.2) и
их ослаблением элементами конструкции объекта: стенами, решетка-
ми, перегородками. Для селекции радиосигналов, излучаемых внутри
помещения, от внешних радиосигналов используется внешняя опорная
антенна.
Большинство радиомикрофонов обладают выраженной полосой, в
которой сосредоточена основная энергия радиоизлучения. Для уве-
ренного приема уровень сигнала радиомикрофона должен значительно
превышать уровень помех. В программе предусмотрена оценка уровня
шума для поиска радиосигналов, превышающих этот уровень на вели-
чину, устанавливаемую в задании.
Как правило, радиомикрофоны излучают радиосигнал не только на
основной частоте, но и на ее гармониках. Наличие высших гармо-
ник позволяет отделять излучения радиомикрофонов от сигналов внеш-
них станций, на параметры которых накладываются строгие ограни-
чения. В программе СМО-ДХ предусмотрен алгоритм анализа спис-
ка новых частот на наличие высших гармоник. При этом последова-
тельно анализируется каждая частота из списка новых частот и ищутся
ее высшие гармоники,
В случае, когда ЦРПУ системы настроено на частоту радиомикро-
фона и установлен соответствующий тип демодулятора, низкочастот-
ный сигнал на выходе демодулятора оказывается коррелированным с
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
543
акустическими колебаниями внутри помещения. При этом для скрем-
блированных радиомикрофонов (закрытие с помощью инверсии спек-
тра или частотной мозаики) характер корреляции более сложный. Для
выявления корреляции между сигналами в программе реализована про-
верка на корреляцию между естественным акустическим фоном поме-
щения и демодулированным сигналом (пассивный тест), а также между
специально излучаемыми звуковыми тональными сигналами или сигна-
лами с линейной частотной модуляцией (активный тест). Главным пре-
имуществом пассивного теста является то, что для его проведения не
требуется излучения специальных акустических тестовых сигналов, де-
маскирующих систему обнаружения, но он не способен обнаруживать
скремблированные радиомикрофоны. Наилучшие показатели пассив-
ного теста обеспечиваются при наличии естественного акустического
фона в виде быстрой ритмической музыки.
Совместное использование различных алгоритмов обнаруже-
ния. Для реализации совместного использования различных критериев
обнаружения в программе СМО-ДХ введено понятие порогового уров-
ня. Пороговый уровень рассчитывается отдельно для каждой антен-
ны. Поиск новых частот осуществляется также раздельно по каждой
антенне. Это улучшает работу системы, когда антенны находятся в
различных условиях приема (например, в различных помещениях, при
разных потерях в кабеле либо при применении антенн разного типа,
антенн с разной ДН).
Локализация радиомикрофонов в контролируемом помеще-
нии. Задача определения местоположения радиомикрофона решает-
ся на более позднем этапе, после его идентификации. Местоположе-
ние определяется на основе измерения задержки прихода демодулиро-
ванного сигнала по отношению к акустическому зондирующему сигналу
и привязки мест установки акустических источников и места вероят-
ного местонахождения к плану помещения с отображением результа-
тов рис. 11.12 [156].
Работа аппаратуры в системе дистанционного радиомонито-
ринга. В базе данных программы может храниться несколько зада-
ний, но активным в данный момент может быть только одно. Структура
списка заданий показана на рис. 11.13.
В пункте задания «Используемые антенны» указываются антенны,
на которые будет вестись прием, а в пункте «Используемые комнаты» —
комнаты, в которых разрешено проведение акустических тестов. Кро-
ме того, в задании для каждой антенны имеется ассоциация «антенна -
комнаты», что позволяет более точно настроить систему для работы в
многокомнатном режиме, а следовательно, повысить качество ее рабо-
ты. Смысл данной ассоциации в том, что на антенну могут наводиться
сигналы из разных комнат, и при обнаружении сигнала, наведенного в
данной антенне, нельзя однозначно решить, в какой из комнат находит-
ся радиомикрофон. Для устранения этой неоднозначности проводится
544
Глава 11
<Ч»-.п Режим Дейлиий НктрЛа finvyirype Ус'р>'.1И T«t Лкг Окно Справка Vo ««riot
Рис. 11.12. Окно программы СМО-ДХ при определении местоположения
радиомикрофонов
акустический тест последовательно во всех комнатах, ассоциированных
с данной антенной. На рис. 11.14 приведен пример расположения ан-
тенных систем в проверяемом помещении. Штриховой линией условно
показан радиус действия антенн. Для такого расположения необходимо
установить следующие ассоциации: антенну 1 ассоциировать с комна-
той 1, антенну 2 — с комнатами 2, 4, антенну 3 — с комнатами 3, 4.
Рис. 11.13. Структура списка заданий
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
545
Рис. 11.14. Возможное расположение антенн
В задании имеется опция «Тестировать только антенну с макси-
мальным сигналом», использование которой полезно в однокомнатной
системе. При этом, если сигнал обнаружен с выходов нескольких ан-
тенн, то для дальнейшего тестирования выбирается только антенна с
максимальным сигналом. Это сокращает общее время тестирования,
так как сигналы на остальных антенных не проверяются. Применение
этой опции в многокомнатном режиме опасно, так как в случае неточной
установки ассоциаций «антенна - комнаты» максимальный сигнал может
быть наведен в антенне, которая не ассоциирована с комнатой, где на-
ходится источник сигнала., что может привести к пропуску радиомикро-
фона.
11.6. Выявление источников ТКУИ
мобильной станцией
В данном разделе рассматриваются особенности применения мо-
бильного комплекса радиоконтроля и пеленгования для проверки объ-
ектов на наличие источников ТКУИ Для этой цели могут использовать-
ся мобильные станции радиомониторинга и пеленгования «Аргумент» и
мобильные пеленгаторы в штатной конфигурации, например «Артикул-
Ml» [86, 145] Для поиска и локализации источников радиоизлучения в
конкретном объекте не обязательно иметь в составе комплекса навига-
ционную и картографическую системы и средства передачи цифровых
данных. В то же время специфика задач по выявлению ПЭМИ предъ-
являет к комплексу ряд дополнительных условий.
Прежде всего, важным требованием выступает обеспечение скрыт-
ной работы комплекса. Внешний вид автомобиля не должен привлекать
внимания окружающих и говорить о его назначении. Антенная решет-
ка (АР), установленная на автомобиль, не должна его демаскировать.
При этом нет необходимости, чтобы она обеспечивала одинаково высо-
кую точность пеленгования для всех возможных направлений прихода
сигнала от нуля до 360°. Достаточно, чтобы антенная система имела
хорошие характеристики по точности лишь для некоторых секторов об-
зора. например со стороны бортов автомобиля, поскольку в условиях
городской застройки в большинстве случаев автомобиль располагается
18—5729
546
Глава 11
по отношению к контролируемому объекту именно боковой стороной.
Однако при этом не следует полностью пренебрегать характеристика-
ми антенной системы и в других секторах, так как обстановка около
исследуемого объекта может помешать автомобилю занять оптималь-
ную для работы аппаратуры позицию. Кроме того, необходимо, чтобы
направление прихода радиоволн оценивалось и в вертикальной плос-
кости с целью локализации местоположения источника по углу места,
например, в высотном здании.
Необходимо также оснащение автомобиля скрытой цифровой фо-
то- или видеокамерой. Изображение контролируемого объекта требу-
ется для привязки местоположения ИРИ к конкретной области объекта.
Определяющим условием успешной работы мобильного комплекса,
предназначенного для решения задач обнаружения источников ЭМИ в
объектах, является наличие специализированного программного обес-
печения, учитывающего особенности решаемой задачи и реализующего
быстрые и надежные методы поиска.
Выбор антенной системы. Габаритные размеры антенной систе-
мы ограничены полезной площадью под радиопрозрачным обтекателем
на крыше автомобиля и составляют примерно 3x1 м. Рассматривались
следующие типы антенных систем:
1) круговая АР с одним опорным элементом, расположенным в цен-
тре окружности, и семью элементами, расположенными на окружности
на равном расстоянии друг от друга;
2) V-образная АР с равномерным расположением девяти элемен-
тов;
3) V-образная АР с логарифмическим расположением девяти эле-
ментов.
Конфигурации круговой и V-образной антенной системы с логариф-
мическим расположением элементов изображена на рис. 11.15.
Результаты исследований показали, что при больших отношениях
сигнал-шум (ОСШ) V-образная АР с логарифмическим расположением
элементов в боковых сторонах демонстрирует лучшие, по сравнению
с круговой АР, точностные характеристики. Однако при малых ОСШ
существенное влияние на точность пеленгования начинают оказывать
аномальные ошибки, и система с V-образной АР при частотах больше
300 МГц уступает по характеристикам системе с круговой АР.
На основании приведенных данных можно сделать вывод, что при
пеленговании сигналов, направление прихода которых не выходит за
пределы угла раскрыва антенной решетки, а ОСШ велико, предпочти-
тельной является V-образная конфигурация антенной системы в виде
сектора с логарифмическим шагом расположения антенных элементов.
Однако, если парковка автомобиля с мобильным комплексом бортом
к наблюдаемому объекту затруднена или вообще невозможна, то это
преимущество V-образной антенной системы сходит на нет. В то же
время круговая антенная система при больших ОСШ по точности лишь
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
547
Рис. 11.15. Варианты антенных систем, размещенных на крыше автомобиля
незначительно уступает V-образной, но превосходит ее при малых ОСШ,
что весьма важно для поиска источников слабых сигналов. Кроме то-
го, следует учитывать, что круговая АР обладает рядом положительных
свойств, таких, как меньшие габаритные размеры, удобство размеще-
ния ее в локальных радиопрозрачных обтекателях, а также возможность
применения АР на различных носителях.
Таким образом, в мобильных комплексах, предназначенных для пе-
ленгования и поиска ИРИ, более оправданным следует признать ис-
пользование круговой АР.
Методы выявления источников электромагнитных излучений.
Наиболее очевидными методами для выявления источников ЭМИ в про-
тяженном объекте с помощью мобильного комплекса, находящегося вне
этого объекта, являются сравнение уровней сигналов и пеленгование.
Сравнение уровней сигналов заключается в сравнении амплитуд
спектров сигналов, полученных в непосредственной близости от про-
веряемого объекта и при достаточном удалении от него. Если источ-
ник находится внутри объекта, то, как правило, амплитуда сигнала на
расстоянии порядка нескольких десятков метров от него значительно
превышает амплитуду сигнала при удалении от объекта более чем на
несколько сотен метров. При этом уровни сигналов от посторонних ис-
точников излучения практически не меняются. Для повышения вероят-
ности правильного обнаружения прием сигналов следует вести с разных
сторон объекта, как вблизи, так и при удалении от него. Для каждого
положения комплекса относительно объекта должны быть сняты и за-
помнены спектральные панорамы, которые затем будут проанализиро-
ваны с целью выявления источников, амплитуда сигналов которых при
удалении от объекта уменьшается наиболее сильно.
548
Глава 11
б)
Рис. 11.16. Спектры сигнала: а — вблизи источника; б — при удалении от
источника на 1000 м
Для примера на рис. 11.16 показаны спектры ИРИ мощностью око-
ло 60 мВт с частотой излучения 300,25 МГц, который находился внут-
ри кирпичного здания. Спектр на рис. 11.16,а получен при удалении
станции от здания на 50 м, а спектр на рис. 11.16,б— при удалении
примерно на 1000 м. Сравнение спектров подтверждает, что амплитуда
сигнала ИРИ, находящегося в здании, уменьшилась почти на 20 дБ, в
то время как амплитуда сигнала на частоте 300,8 МГц, принадлежаще-
му удаленному источнику, практически не изменилась, что совпадает
с выводами разд. 11.2.
Метод пеленгования, используемый при поиске, сводится к задаче
определения положения источника по пеленгам, но решаемой «наобо-
рот». При обычном подходе частота источника заранее известна, и на
основе пеленгов, вычисленных с разных позиций, требуется опреде-
лить местоположение источника. Здесь же сам факт наличия источника
неизвестен, его частота также неизвестна, но возможное местонахож-
дение ограничено границами объекта. Требуется установить факт на-
личия источника в объекте, определить частоту его излучения, а затем
локализовать его размещение в объекте.
Как и при сравнении уровней, пеленгование мобильной станцией
должно проводиться с нескольких позиций, расположенных с разных
сторон объекта. Для каждой позиции запоминается угловое располо-
жение объекта по отношению к мобильному комплексу, вычисляются
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
549
пеленги для всех источников, которые также запоминаются. На основе
значений пеленгов, полученных с разных позиций, определяются ча-
стоты источников, угол прихода сигналов от которых совпал с угловым
положением объекта для данной позиции. В результате формируется
список подозрительных частот, которые могут принадлежать источни-
кам, находящимся в объекте. Далее результат обнаружения уточняются
путем пеленгования и прослушивания частот из списка.
Как уже отмечалось в гл. 9, пеленгование в условиях города из-за
многолучевого распространения радиоволн и влияния местных предме-
тов является вероятностной задачей. Правильность получаемых пелен-
гов во многом будет определяться позицией мобильной станции. Часто
оказывается, что смещение позиции станции на один-два метра приво-
дит к изменению пеленгов. При выборе позиции следует стремиться к
тому, чтобы была прямая видимость объекта, чтобы рядом с мобильной
станцией не было высоких строений или крупных металлических пред-
метов. К сожалению, дать более конкретные рекомендаций по тому,
как следует выбирать позицию С1анции в условиях плотной городской
застройки, вряд ли возможно, но во всяком случае увеличение числа
позиций мобильной станции, как правило, повышает достоверность вы-
явления ИРИ в контролируемом объекте.
Возможный диапазон частот источников ЭМИ простирается от со-
тен килогерц до десятков тысяч мегагерц, причем для крупного города
характерна сильная загрузка радиочастотного диапазона. Например, в
диапазоне от 25 до 3000 МГц число одновременно наблюдаемых ис-
точников может превышать несколько сотен. Поэтому эффективность
работы мобильного комплекса будет определяться скоростью вычисле-
ния спектров и пеленгов, а также быстродействием алгоритмов, рабо-
тающих с базой полученных данных.
Мобильный пеленгатор «Артикул-Мб». Как и для мобильного
пеленгатора «Артикул-М1», основой комплекса «Артикул-Мб», предна-
значенного для работы в секторе углов, является радиоприемное обо-
рудование для панорамного обнаружения, измерения параметров и пе-
ленгования радиосигналов. В состав пеленгатора «Артикул-Мб» вхо-
дит круговая АР и двухканальное цифровое радиоприемное устройство
(ЦРПУ) с рабочим диапазоном частот от 25 до 3000 МГц. Антенная ре-
шетка находится под радиопрозрачным обтекателем, форма которого
повторяет крышу автомобиля.
Для пеленгования радиосигналов используется корреляционно-ин-
терферометрический метод, делающий возможным пеленгование ис-
точников как с узкополосными, так и с широкополосными видами моду-
ляции. Аппаратура комплекса обеспечивает быстрый панорамный ана-
лиз сигналов со скоростью более 2000 МГц/с, многоканальное пелен-
гование ИРИ со скоростью 150...300 МГц/с, детальный спектральный
анализ и измерение основных параметров сигналов, прослушивание
и запись радиопередач.
550
Г лава 11
Рис. 11.17. Мобильный комплекс «Артикул-Мб»
Внешний вид комплекса «Артикул-Мб» с антенной системой под
радиопрозрачным обтекателем показан на рис. 11.17.
Двухканальное панорамное цифровое радиоприемное устройство
на основе модулей семейства «Аргамак», подключенное к ПЭВМ, на-
ходится в салоне автомобиля. Радиоприемное оборудование и ПЭВМ
получают питание от источника вторичного электропитания. При вы-
ключенном двигателе автомобиля источник вторичного электропитания
автоматически подключает к системе резервный аккумулятор.
Необходимым элементом комплекса является цифровая видеока-
мера, закрепленная внутри машины на поворотном штативе и соединен-
ная с ПЭВМ.
Состав программного обеспечения и процедура поиска. В со-
став программного обеспечения мобильного комплекса входят две про-
граммы специального математического обеспечения: программа управ-
ления панорамно-пеленгационным комплексом СМО-ППК и программа
хранения данных и поиска ИРИ СМО-СЕКТОР. В ходе работы комплек-
са программы одновременно выполняются на ПЭВМ как два Windows-
приложения, обменивающиеся данными между собой.
Программа СМО-ППК — это штатная программа для панорамно-
пеленгационного комплекса радиоконтроля. Она используется для по-
лучения первичных данных — спектральных и пеленгационных панорам,
необходимых для решения задачи поиска ИРИ. Более подробно особен-
ности данного программного пакета были показаны в разд. 8.10.
СМО-СЕКТОР — это специализированное приложение, разработан-
ное для решения задачи обнаружения и определения местоположе-
ния ИРИ в контролируемых протяженных объектах. Программа СМО-
СЕКТОР обеспечивает:
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
551
• импорт из программы СМО-ППК результатов многоканального пе-
ленгования и их сохранение в БД;
• отображение панорамы спектров, списка частот, пеленгов и пе-
ленгационных кривых;
• сохранение изображений контролируемого объекта, полученного с
помощью цифровой камеры;
• объединение нескольких цифровых изображений объекта в общее
«панорамное» изображение объекта;
• формирование и хранение сеансов и кадров работы с объектами;
• визуальное задание границ объекта на цифровом изображении для
поиска источника пеленгованием; использование для поиска «подо-
зрительных» частот азимутов и амплитуд обнаруженных сигналов;
• формирование списка «подозрительных» частот, которые могут со-
ответствовать источнику излучения внутри объекта;
• трансляцию из программы СМО-ППК на изображение объекта ре-
зультатов одноканального пеленгования с привязкой к угловым ко-
ординатам;
• экспорт в программу СМО-ППК списка частот для их детального
анализа;
• ведение баз данных, содержащих как первичную информацию, по-
лученную из программы СМО-ППК, так и результаты поиска ИРИ
для каждого из контролируемых объектов.
Исходными данными служат спектральные и пеленгационные пано-
рамы, импортируемые из приложения СМО-ППК, а также изображения
контролируемых объектов, полученные с помощью цифровой видеока-
меры. Результатом работы программы является список подозритель-
ных частот, которые могут принадлежать источникам излучения, нахо-
дящимся внутри объекта. Программа отображает на цифровой фото-
графии объекта места вероятного расположения ИРИ, позволяет экс-
портировать список подозрительных частот в программу СМО-ППК для
их прослушивания и детального анализа.
В программе СМО-СЕКТОР ведется база данных (БД) объектов,
которая хранит в полном объеме данные, полученные из программы
СМО-ППК, а также результаты поиска источников для каждого из кон-
тролируемых объектов.
База данных состоит из общей БД и автономных БД объектов, со-
здаваемых для каждого объекта в отдельной папке. Общая база дан-
ных включает в себя таблицу объектов и таблицу запрещенных частот.
Таблица запрещенных частот содержит частоты, которые могут быть
исключены из анализа, обычно это широковещательные, связные или
другие известные частоты. В БД объекта хранится полная информация
для сеансов контроля, проведенных с ним в разное время.
В свою очередь, каждый сеанс контроля состоит из кадров, как
показано на рис. 11.18. Кадр соответствует определенной позиции мо-
бильного комплекса относительно контролируемого объекта и содержит
552
Глава 11
Рис. 11.18. Сеанс работы мобильного комплекса состоит из нескольких
кадров
первичные данные: спектральные и пеленгационные панорамы, а также
цифровые изображения объекта, полученные на данной позиции.
Сеанс поиска ИРИ мобильным пеленгатором «Артикул-Мб» выпол-
няется в несколько этапов:
1) накопление кадров первичных данных;
2) обработка кадров и формирование списка подозрительных ча-
стот;
3) проверка частот из списка и уточнение местоположения ИРИ.
Накопление кадров первичных данных. Задачей первого этапа
поиска источников ЭМИ является формирование банка исходных дан-
ных, необходимых для принятия решения. На этом этапе мобильный
пеленгатор последовательно занимает несколько позиций на близком
расстоянии от контролируемого объекта и несколько позиций на уда-
лении от него. На каждой позиции формируется один кадр первичной
информации. Позиции должны выбираться так, чтобы они находились
по возможности с разных сторон объекта.
Для получения спектральных и пеленгационных панорам использу-
ется режим «Многоканальное пеленгование» программы СМО-ППК. В
этом режиме на каждой частоте настройки ЦРПУ сразу для всей по-
лосы пропускания цифрового тракта формируются панорамы спектров,
выполняются обнаружение и пеленгование ИРИ. По сравнению с режи-
мом одноканального пеленгования, где приемник последовательно на-
страивается на частоту каждого обнаруженного сигнала, такой метод
значительно уменьшает время получения пеленгационной панорамы.
Для ЦРПУ серии «Аргамак» при скорости многоканального пеленгования
150 МГц/с период прохода диапазона частот от 25 до 3000 МГц не пре-
вышает 20 с.
После того как будет достигнута верхняя граница задания, прием-
ник автоматически вернется к нижней границе и процесс многоканаль-
ного пеленгования будет продолжен.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
553
Во время накопления спектральных
и пеленгационных данных с помощью
программы СМО-ППК оператор комплек-
са фотографирует объект цифровой ви-
деокамерой, закрепленной на поворот-
ном штативе. Конструкция штатива пре-
дусматривает поворот видеокамеры на
фиксированные углы в горизонтальной
или вертикальной плоскости. Поэтому,
если угловые размеры объекта превыша-
ют зону обзора видеокамеры, то опера-
Предварительные настроен и
X;
> Камера направлена | ВПРАВО
I . j _ —----__{ ВПЕРЕД -
ВПРАВО.
НАЗАД
ВЛЕВО
1 г
ОК | Cancel
Рис. 11.19. Окно настроек
для импорта изображения
тор имеет возможность сформировать
полное изображение объекта из несколь-
ких снимков. С помощью окна настро-
ек, показанного на рис. 11.19, оператор
вводит данные о том, в какую
сторону от автомобиля направлена видеокамера и в каких положени-
ях велась съемка, после чего и импортирует изображение объекта в
БД программы СМО-СЕКТОР.
Для кадров, формируемых на значительном удалении от объекта,
должен быть установлен признак «Д» (далекая позиция), чтобы сделать
возможным поиск источников путем сравнения уровней.
После завершения прохода диапазона частот по заданию спек-
тральная панорама и список обнаруженных частот из программы СМО-
ППК по команде оператора также импортируются в БД приложения
СМО-СЕКТОР. В списке обнаруженных частот содержатся значения цен-
тральной частоты, полосы, амплитуды, пеленга в горизонтальной и вер-
тикальной плоскости, а также результирующая диаграмма направлен-
ности антенной решетки.
Цифровое изображение объекта, спектральная панорама и список
обнаруженных частот отображаются в окне программы СМО-СЕКТОР.
Частота, на которую указывает маркер в таблице частот, на спектраль-
ной панораме выделяется с помощью вертикального маркера, в окне
спектральной линзы дается детальное изображение спектра, а на лимбе
выводятся значения пеленгов в горизонтальной и вертикальной плос-
кости и диаграмма направленности антенной решетки. Пеленг в ви-
де перекрещивающихся линий показывается на цифровой фотографии
(рис П24 цветной вклейки).
Обработка кадров и формирование списка подозрительных
частот. После формирования не менее трех-пяти кадров первичных
данных оператор на цифровых фотографиях объекта, отображаемых в
окне программы СМО-СЕКТОР, с помощью мыши обводит цветной рам-
кой изображение контролируемого объекта, как показано на рис. П25.
Тем самым задаются угловые границы объекта, необходимые для поис-
ка пеленгованием.
554
Глава 11
А В программе имеется опция
в с «Фильтрация по рамке», после
D ------------- включения которой в расчете ис-
______ZZZZZZZ___§______________ пользуются только те сигналы, го-
Рис. 11.20. Формирование объеди- ризонтальный и вертикальный уг-
ненной частоты лы прихода которых находятся
внутри границ объекта, задавае-
мых рамками.
После задания угловых границ оператор подает команду на запуск
процедуры обнаружения источников. В результате выполнения проце-
дуры в БД объекта формируется новый кадр, который содержит объ-
единенные частоты, полученные из частот кадров первичных данных.
Частоты объединяются следующим образом. При пересечении полос
нескольких частот формируется новая частота, значение полосы кото-
рой принимается равной объединенной полосе, а значение централь-
ной частоты соответствует центру объединенной полосы. Например, в
результате объединения частот А, В, С, D в объединенном кадре фор-
мируется частота Е (рис. 11.20).
Для контроля в результирующую таблицу объединенного кадра по-
мещается информация о числе исходных частот, попавших в объеди-
ненную частоту, и числе кадров первичных данных, в которых эта часто-
та наблюдалась. Для объединенных частот оператор может установить
фильтр по числу кадров, в которых наблюдалась частота, а также про-
смотреть все исходные частоты.
Накладывающиеся частоты, содержащиеся как в одном, так и раз-
ных кадрах, объединяются в одну, содержащую в себе весь диапазон
накладывающихся частот.
После выполнения процедуры слияния частот в объединенном кад-
ре отображается список подозрительных частот, в который включены
сигналы, которые наблюдались не менее чем в двух кадрах и направле-
ние прихода которых совпадает с угловым расположением контролируе-
мого объекта.
Кадры с признаком «Д» (далекая позиция) не участвуют в форми-
ровании объединенного кадра. После формирования объединенного
кадра из ближних кадров (с признаком «Б»), амплитуды частот, содер-
жащихся в объединенном кадре, сравниваются с амплитудами частот
из кадров с признаком «Д». Если амплитуда сигнала для кадра вблизи
объекта оказывается на заданную величину больше амплитуды сигнала,
наблюдавшегося для кадров с признаком «Д», то частота в объединен-
ном кадре помечается восклицательным знаком. Восклицательный знак
указывает на высокую вероятность принадлежности данной частоты к
источнику внутри объекта, поскольку для этой частоты положительный
результат получен при пеленговании и при сравнении уровней. По-
сле выполнения процедуры обнаружения в объединенном кадре отоб-
ражается список подозрительных частот с сигналами, наблюдавшимися
Обнаружение и локализация каналов утечки информации
555
не менее чем в двух кадрах, направление прихода которых совпадает
с угловым расположением контролируемого объекта, а также частоты,
обнаруженные сравнением уровней
В качестве примера на рис. П25 показано окно программы СМО-
СЕКТОР после выполнения процедуры обнаружения источников. Обна-
ружения выполнялось по шести кадрам первичных данных. Съем данных
для трех кадров происходил в непосредственной близости от объек-
та в условиях его прямой видимости, цифровые изображения объекта,
полученные из этих позиций мобильного комплекса, показаны в окне
программы. Для трех других кадров съем данных осуществлялся с по-
зиций вне прямой видимости объекта на расстоянии 800... 1500 м. В
ходе обработки была выявлена частота 300,25 МГц, сигнал которой на-
блюдался во всех 6 кадрах первичных данных, и направление прихода
волны соответствовало угловому положению объекта. Из рис. П25 сле-
дует, что вероятным местом нахождения ИРИ является помещение на
втором этаже здания, которому соответствуют четвертое и пятое ок-
но с левой стороны объекта.
Проверка частот из списка и уточнение местоположения ис-
точников. В условиях города при приеме и пеленговании радиосигна-
лов часто наблюдается интерференция, которая может привести к суще-
ственным ошибкам при формировании списка подозрительных частот.
Поэтому каждая частота из полученного списка нуждается в детальной
проверке на принадлежность ее источнику, находящемуся в объекте.
Для выполнения проверки оператор выделяет в таблице объеди-
ненного кадра необходимые частоты, затем специальной командой экс-
портирует их в окно «Поиск» программы СМО-ППК с целью их про-
слушивания, одноканального пеленгования и детального спектрального
анализа.
При одноканальном пеленговании сигналов значения пеленгов из
приложения СМО-ППК транслируются в приложение СМО-СЕКТОР, в
котором они наносятся на изображение объекта, получаемое от видео-
камеры. Это позволяет визуально оценить местонахождение источни-
ка в контролируемом объекте. Одноканальное пеленгование проводит-
ся из нескольких положений мобильного комплекса, чтобы уменьшить
возможное влияние интерференции. Детальный спектральный анализ
сигнала позволяет обнаружить в его составе побочные спектральные
составляющие, подтверждающие незначительное расстояние до ИРИ.
Если в программе СМО-ППК включено вычисление угла места, то
местоположение желтого «креста» будет определяться по горизонтали
азимутом, а по вертикали — углом места источника.
Следует отметить, что угол места вычисляется с меньшей точно-
стью, чем азимутальный угол. Как правило, удовлетворительные ре-
зультаты получаются, если частота источника превышает 200 МГц.
Если установлено, что источник излучения находится в контролиру-
емом объекте и определено его примерное расположение, то проводит-
556
Глава 11
ся его поиск непосредственно внутри помещения. Поскольку пример-
ное местоположение и частота излучения источника уже известны, то
дальнейший поиск, как правило, не представляет серьезных проблем.
После формирования списка подозрительных частот следует про-
вести дополнительную проверку на их принадлежность к источнику или
источникам радиоизлучения, которые находятся внутри объекта.
11.7. Заключительные замечания
В главе рассмотрены задачи обнаружения и локализации источ-
ников радиоизлучений технических каналов утечки информации. Пока-
зано, что выявление технических каналов утечки — сложный процесс,
который может быть представлен рядом этапов. Основные задачи, ко-
торые необходимо для этого решить:
• текущий контроль радиодиапазона;
• выявление опасных радиоизлучений в условиях сложной радиооб-
становки;
• идентификация принадлежности обнаруженного источника к клас-
су радиомикрофонов;
• локализация местоположения идентифицированного радиомикро-
фона.
Важным фактором, определяющим успех решения указанных за-
дач, является наличие быстродействующих систем АРМ с высокой ин-
тегральной чувствительностью.
Изложены пути решения данных задач одноканальными и двухка-
нальными средствами поиска.
Значительная часть главы посвящена особенностям построения си-
стем дистанционного радиомониторинга нескольких помещений здания,
сравнительно мало освещенных в технической литературе.
Приведенные результаты справедливы как для ситуации, наиболее
типичной для большинства пользователей, когда размещение СДРМ
осуществляется в уже существующем здании, так и в случаях, когда
построение СДРМ заведомо учтено при проектировании здания, т.е.
заранее увязано с конструкцией здания, его проводными и силовыми
коммуникациями. Показаны пути построения подсистем СДРМ и их со-
ставных частей — центрального поста, периферийного оборудования,
приведены основные особенности систем АРК-Д13, АРК-Д9, АРК-ДЗТ.
Рассмотрены назначение, состав, технические характеристики систем
АРК-ДЗТ, АРК-Д9, АРК-Д13, базирующихся на одноканальных комплек-
сах АРК-Д1Т, АРК-Д1ТМ и двухканальных комплексах радиомониторинга
АРК-Д7К, АРК Д11 соответственно.
Рассмотрены возможности программного пакета СМО-ДХ в авто-
матизированных комплексах радиомониторинга и выявления радиомик-
рофонов, а также особенности его взаимодействия с аппаратурой од-
ноканальных и двухканальных технических средств.
Обнаружение и локализация каналов утечки информации 557
В заключение рассмотрены особенности выявления источников
технических каналов утечки информации в протяженных контролируе-
мых объектах с помощью мобильного пеленгатора «Артикул-Мб» и про-
граммного пакета СМО-СЕКТОР.
Глава 12
Контроль защищенности
информации от утечки
по каналу ПЭМИН
Работа радио- и электротехнических устройств неизбежно приво-
дит к излучению электромагнитных полей (ЭМП) в окружающее их про-
странство. Для большинства устройств, в частности компьютеров, ска-
неров, принтеров и т.д., возникновение ЭМП является побочным и неже-
лательным результатом их работы. Подобные паразитные электромаг-
нитные поля называют побочными электромагнитными излучениями
(ПЭМИ). Кроме того, технические устройства создают наводки на окру-
жающих их проводящих предметах. Существование побочных электро-
магнитных излучений и наводок (ПЭМИН) делает потенциально воз-
можным перехват информации, обрабатываемой устройствами, с по-
мощью чувствительных приемников даже на значительном (в десят-
ки метров) расстоянии.
Источником информативных ПЭМИН являются узлы и проводники
аппаратуры, сигналы в которых непосредственно связаны с обрабаты-
ваемыми данными, например, видеоусилитель дисплея, кабель, по ко-
торому передается видеосигнал от видеоадаптера к монитору, соеди-
нения, через которые сигналы от контроллера клавиатуры передаются
к порту ввода-вывода на материнской плате.
Цепи, выполняющие вспомогательные функции, например внутрен-
ние цепи блока питания, цепи, формирующие сигналы синхронизации,
порождают поля, не содержащие смысловой информации. Более того,
такие неинформативные ПЭМИ в ряде случаев могут сыграть положи-
тельную роль, являясь помехой перехвату.
Исследованию ПЭМИН как технического канала утечки информации
посвящен ряд публикаций (см., например, [48, 95]). Вместе с тем уст-
ройства, используемые для обработки информации, как и средства пе-
рехвата, постоянно совершенствуются, соответственно корректируются
и нормативно-методические документы (НМД), регламентирующие про-
верки ПЭМИН, а потому сохраняется потребность в улучшении методов
и аппаратуры контроля защищенности информации [200].
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 559
12.1. Методы выявления
информативных составляющих ПЭМИ
Существует принципиальная разница между обнаружением побоч-
ного электромагнитного излучения в целом и поиском информативных
составляющих ПЭМИ.
Решить первую задачу с вполне приемлемым качеством можно на
основе простого сравнения усредненных спектров. Для этого необхо-
димо в контролируемом диапазоне частот провести усреднение наблю-
даемых спектральных оценок сначала при пассивном режиме работы
тестируемой аппаратуры, а затем повторить накопление спектральных
данных, переключив проверяемое оборудование в активный (тестовый)
режим. Выявить информативные составляющие ПЭМИ подобным обра-
зом трудно, особенно если тестирование производится в недостаточно
экранированном от внешних электромагнитных полей помещении. Дело
в том, что накопление данных, как в пассивном, так и в активном ре-
жиме, занимает достаточно большой интервал времени, на протяжении
которого «внешняя» радиообстановка почти наверняка будет изменять-
ся Это порождает проблему отделения изменений, вызванных сменой
режима работы тестируемого оборудования, от изменений, порожда-
емых внешними причинами.
Корреляционные методы, успешно используемые для выявления
слабых электромагнитных излучений сложной формы, применить к по-
иску информативных составляющих ПЭМИ весьма проблематично. Это
связано с тем. что в качестве «эталонных» сигналов должны использо-
ваться собственные сигналы тестируемой аппаратуры, которые извест-
ны лишь приближенно, имеют низкую интенсивность и могут существен-
но меняться от одного экземпляра аппаратуры к другому.
Исследование информативности сигналов ПЭМИ существенно уп-
рощается при наличии возможности по ходу тестирования многократно
изменять текущий режим работы проверяемой аппаратуры. При таком
подходе критерием информативности служит выявление взаимосвязи
между режимом работы тестируемого устройства и наблюдаемым рас-
пределением мощности спектральных составляющих по частотам. Кон-
кретные методы обнаружения такой взаимосвязи зависят от характе-
ристик комплекса радиомониторинга, используемого для выполнения
тестирования. Для аппаратуры с низким спектральным разрешением
возможна работа по двухэтапному алгоритму, рассматриваемому ни-
же. Если же комплекс радиомониторинга способен обеспечить высокое
разрешение по частоте, то поиск и тестирование информативности най-
денных составляющих ПЭМИ можно совместить. Более детально этот
подход будет рассматриваться ниже
Двухэтапный алгоритм выявления информативных составляю-
щих ПЭМИ. Этот алгоритм применяется в настоящее время наиболее
часто. Он состоит из двух этапов.
560
Глава 12
Первый этап служит для выявления всех ПЭМИ проверяемого обо-
рудования и базируется на сравнении спектров. Сначала в исследуемом
диапазоне частот производят усреднение наблюдаемых спектральных
оценок при пассивном режиме работы тестируемой аппаратуры. Затем
накопление спектров повторяют, переключив проверяемое оборудова-
ние в тестовый режим. В результате сопоставления полученных данных
удается выделить совокупность частот составляющих ПЭМИ, подлежа-
щих проверке на информативность. Для предотвращения пропусков
слабых составляющих ПЭМИ на этом этапе следует считать значимыми
даже малые (в единицы децибел) отклонения интенсивностей отсчетов
спектра. Вместе с тем использование подобного низкого порога обна-
ружения неизбежно приводит к существенному возрастанию количества
частот, заносимых в список проверки на информативность.
Целью второго этапа является проверка информативности всех «по-
дозрительных» частот. Эта проверка может осуществляться оператором
«на слух» с использованием того или иного набора демодуляторов или
автоматически за счет поочередной узкополосной обработки внесенных
в список составляющих ПЭМИ. Критерием информативности служит вы-
явление взаимосвязи между режимом работы тестируемого устройства
и наблюдаемым распределением мощности спектральных составляю-
щих по частотам, а математические основы осуществления проверки
можно найти, например, в [47]. Результативность второго этапа зависит
от набора демодуляторов, применяемых при узкополосной обработке,
причем определить заранее, какой именно демодулятор окажется эф-
фективным для выявления информативности, весьма проблематично.
Для повышения достоверности желательно использовать все имеющи-
еся демодуляторы и на протяжении нескольких циклов проверять нали-
чие или отсутствие взаимосвязи между режимом работы тестируемого
устройства и наблюдаемым распределением мощности по частотам на
выходе каждого из демодуляторов.
Описанная двухэтапная процедура вполне работоспособна и обес-
печивает надежное выявление информативных ПЭМИ. Вместе с тем она
отличается низким быстродействием Даже при наличии быстродей-
ствующей аппаратуры проверка конкретного устройства может продол-
жаться несколько дней. Однако для аппаратуры радиомониторинга с
низким спектральным разрешением подобная методика оказывается,
вероятно, единственно возможной. В дальнейшем эту методику мы бу-
дем называть ТОР-алгоритмом (тестирование и обнаружение раздель-
ное).
Если же комплекс радиомониторинга обеспечивает высокое (до
нескольких сотен герц) разрешение по частоте, то поиск и тестирование
информативности найденных составляющих ПЭМИ можно проводить за
один этап. Назовем этот алгоритм ТОС-апгоритмом (тестирование и об-
наружение совместное). Чтобы пояснить работу ТОС-алгоритма, необ-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 561
ходимо предварительно остановиться на свойствах спектральных оце-
нок, используемых при обработке в комплексах АРМ
Вероятностные характеристики периодограммных отсчетов.
Первичными данными, доступными для анализа в системе радиомо-
ниторинга, являются временные выборки наблюдаемых сигналов $г(к),
где г — порядковый номер выборки; к — номер отсчета в выборке,
О к N — 1, АГ — объем выборки). Каждую выборку sr(k) можно
представить в спектральной области, используя ДПФ (3.2).
Случайный характер анализируемых сигналов препятствует объеди-
нению комплексных спектров (3.2), полученных по разным выборкам,
гак как они отличаются друг от друга случайными фазовыми поправка-
ми. Вместе с тем модули отсчетов спектра (3.2) характеризуются значи-
тельной дисперсией, а потому в задачах, требующих стабильности спек-
тральных данных, вместо них используют усредненную периодограмму
(3.3).
Там же, где устойчивость спектральных данных не является критич-
ной, могут использоваться и неусредненные периодограммы
Xr(n) = сг(п)|.
(12.1)
Анализ статистических свойств спектров ПЭМИ СВТ показал, что
плотность распределения отсчетов Хг(п) для информативных состав-
ляющих ПЭМИ с достаточной для решаемой задачи точностью может
быть аппроксимирована нормальным законом
ИЛ(т; п) ~
1
—— ехр
7Г(ТП
1
- ап)
2°1
(12.2)
где ап — параметр, характеризующий интенсивность сигнальной компо-
ненты на п-й частоте; ап — среднее квадратическое отклонение, опре-
деляющее для того же отсчета интенсивность шумовой компоненты.
При проверке оборудования параметр ап для информативных
ПЭМИ будет меняться при смене пассивного режима тестовым. Для
неинформативных ПЭМИ этот параметр остается постоянным. Для от-
счетов, не содержащих сигнальной компоненты, приближение (12.2)
оказывается неточным, однако это некритично для поиска информа-
тивных составляющих.
Нормализация отсчетов периодограмм обусловлена следующими
факторами.
1. Побочные излучения имеют небольшую интенсивность, поэтому
при их поиске приемную антенну системы радиомониторинга старают-
ся расположить максимально близко к проверяемой аппаратуре. На-
блюдаемое электромагнитное поле оказывается результатом одновре-
менного действия всех блоков (составных частей) СВТ и имеет весь-
ма сложную структуру.
2. Предельно достижимое разрешение по частоте ограничивается
максимально допустимым временем анализа и техническими возмож-
19—5729
562
Глава 12
ностями используемой аппаратуры. Типичное спектральное разреше-
ние составляет от сотен герц до нескольких килогерц на отсчет, поэто-
му каждый из отсчетов периодограмм (12.1) реально отражает усред-
ненную интенсивность нескольких близко расположенных узкополосных
компонент.
Алгоритм ТОС. Пусть за счет последовательного переключения
проверяемого блока СВ Г из активного в пассивное состояние и об-
ратно удалось накопить Ry периодограмм, соответствующих активному
(тестовому) режиму, и Rz периодограмм, соответствующих пассивному
режиму. Так как периодичность сигналов в тестовых режимах обес-
печивает концентрацию сигналов ПЭМИ в узких спектральных полосах
[200], а отсчеты в периодограмме являются слабокоррелированными
между собой, то для выявления информативных составляющих ПЭМИ
будем анализировать отсчеты разных частот отдельно друг от друга. Из
значений ?г-го отсчета, полученных в разных периодограммах для те-
стового режима работы проверяемой аппаратуры, сформируем вектор
у = аналогичные значения, полученные при пас-
сивном режиме работы проверяемой аппаратуры, объединим в вектор
Z = {^1 (д.),22(п)...%(«)}-
Если на частоте n-го отсчета нет информативной составляющей
ПЭМИ (гипотеза Но), то отсчеты векторов у и z должны подчиняться
одному и тому же распределению (12.2) с параметрами ап0 и суп0. Если
же справедлива гипотеза ГЦ об информативности составляющей ПЭМИ
на частоте ?г-го отсчета, то параметры апу, ап1 распределения вектора
у и параметры апг, <тти распределения вектора z будут отличаться друг
от друга. Таким образом, функции правдоподобия приобретают вид
(12.3)
52(г/г(^) - а?ю)2 + 5S(^r(n) - «по)2
г=1 r=1
LAy, Z) = (\/27гсгп1)“(^+Кг) x
Ry Rz
r= 1 r= 1
(12.4)
При замене входящих в эти функции неизвестных параметров их
максимально правдоподобными оценками отношение правдоподобия
гипотез и Но можно преобразовать к виду
1(у, х) =
Ldyyz)
LQ(y,z)
(12.5)
где а*0 и cr’j — максимально правдоподобные оценки среднеквадра-
тических отклонений распределений.
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 563
В итоге оптимальный по критерию максимального правдоподобия
алгоритм принятия решения об информативности составляющей на ча-
стоте n-го отсчета наблюдаемых периодограмм предполагает сопостав-
ление с порогом принятия решения П статистики:
R-y Rz | / Ry Rz \ ~
Е ?7r(n)+ Ё Ё Vr(R)+ Е zr(n)
7 = 1 Г=1 + '^Z \г=1 F=J J Ну
Qyz(n) - — ~ П.
Ry \ ( Ry \ Rz 1 / Rz \ Но
Е у;(п) - ъ- Е ?7r(n) + Е ^2(??) - 74- ( Е Мп))
(12.6)
Использование статистики (12.6) позволяет на основе набора пе-
риодограмм с высоким разрешением по частоте выявлять для прове-
ряемого блока СВТ одновременно все информативные ПЭМИ, наблю-
даемые в некотором диапазоне (полосе одновременного спектрального
анализа). Это обеспечивает выигрыш в скорости анализа защищенно-
сти информации, обрабатываемой СВТ, по сравнению с обычным под-
ходом, отдельно проверяющим информативность каждой «подозритель-
ной» составляющей ПЭМИ.
Порог принятия решения. Качество алгоритма ТОС. Выразить
аналитически свойства статистики (12.6) сложно, но экспериментальные
исследования показали, что порог принятия решения П можно рассчи-
тывать по следующей эмпирической формуле:
17 - К, + —-2 , (12.7)
Jт — Л3
где коэффициенты К{, К2, К3 определяются требуемой вероятностью
ложного обнаружения и числом отсчетов в периодограмме. В частности,
при полосе одновременного анализа 2 МГц и интервале между отсчета-
ми 3,125 кГц рекомендуемые значения коэффициентов равны Kj. = 1,02,
К2 = 13; К3 = 3. Если же используется более высокое разрешение по
частоте (интервал между отсчетами 390 Гц), то рекомендуемые значе-
ния коэффициентов равны Кг = 1,02; К2 = 9; К3 = 6.
Практическая проверка алгоритма ТОС показала, что надежность
выявления информативных составляющих зависит от числа обрабаты-
ваемых периодограмм, их разрешения по частоте и интенсивности об-
наруживаемых составляющих ПЭМИ. Для надежного выявления инфор-
мативных составляющих ПЭМИ число периодограмм, накапливаемых в
каждой контролируемой полосе частот, должно составлять не менее
двадцати. При этом желательно обеспечить частотное разрешение не
хуже нескольких сотен герц. Характеристики метода ТОС приведены
на рис. 12.1 и 12.2. На рис. 12.1 применительно к нескольким разре
шениям по частоте Д/ показаны зависимости вероятности выявления
информативных составляющих ПЭМИ от числа обрабатываемых пери-
одограмм Параметр Д характеризует интенсивность обнаруживаемых
564
Глава 12
Рис. 12.1. Вероятность выявления
информативных составляющих ПЭМИ
для метода ТОС: 1 — Д = 0 дБ, Д/ =
= 390 Гц; 2 — Д = 4 дБ, Д/ = 3125 Гц;
3 — Д = 3 дБ, Д/ =3125 Гц
Рис. 12.2. Сравнение вероятностных
характеристик метода ТОС и типовой
методики ТОР: 1 — вероятность выявле-
ния информативных составляющих
ПЭМИ для метода ТОС (R = 60, Д/ =
= 390 Гц); 2 — вероятность выявления
информативных ПЭМИ типовой
методикой
составляющих ПЭМИ. численно он равен разности выраженных в деци-
белах значений спектральных отсчетов, регистрируемых при наличии и
в отсутствие выявляемой информативной компоненты ПЭМИ. Рис. 12.2
позволяет приближенно сопоставить качество выявления информатив-
ных составляющих ПЭМИ при использовании метода ТОС и типовой
двухэтапной методики.
Рекомендованные выше пороги обнаружения обеспечивают близ-
кую к единице вероятность обнаружения информативных составляющих
ПЭМИ, в присутствии которых превышение над панорамой Д состав-
ляет пять и более децибел. Более слабые составляющие ПЭМИ также
обнаруживаются, но, естественно, с меньшей вероятностью. За счет
накопления и использования дополнительных периодограмм эту вероят-
ность можно повысить, однако значительно эффективнее использовать
периодограммы с повышенным разрешением по частоте. При исполь-
зовании высокого разрешения на долю каждого отсчета периодограммы
приходится гораздо меньшая доля мощности шума, что позволяет обна-
руживать существенно более слабые составляющие. Ценой указанного
улучшения является существенное увеличение временных и аппаратных
ресурсов, затрачиваемых на обработку данных.
Как видно из рис. 12.2, обеспечиваемые методом ТОС характе-
ристики обнаружения весьма близки к показателям типовой методики,
превосходя их для слабых составляющих ПЭМИ. Вместе с тем список
проверяемых частот обычно содержит десятки составляющих ПЭМИ, от-
носящихся к одной и той же широкополосной периодограмме. При ти-
повой методике эти составляющие тестируются поочередно, а при ис-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 565
пользовании метода ТОС — совместно друг с другом, что, как правило,
позволяет в несколько раз уменьшить время, затрачиваемое на тестиро-
вание.
12.2. Виды специальных
исследований и показатель
защищенности информации
При исследовании возможности утечки информации по каналу
ПЭМИН объектами проверки выступают средства вычислительной тех-
ники (СВТ): рабочие станции, серверы, информационные кабели ло-
кальных вычислительных сетей и другие технические средства, задей-
ствованные для обработки конфиденциальной информации. За счет
наводок утечка информации может происходить по сети электропита-
ния и шинам заземления, цепям проводных линий связи, пожарной и
охранной сигнализации, по другим токопроводящим линиям и конструк-
циям, например, системам отопления, водоснабжения, имеющим выход
за пределы контролируемой зоны объекта информатизации.
Выделяют три вида задач специальных исследований [200]:
1) лабораторные (стендовые) специальные исследования СВТ, на-
правленные на оценку радиуса контролируемой зоны, внутри которой
технически возможен съем информации;
2) аттестационные испытания объектов информатизации, направ-
ленные на исследование защищенности информации от утечки за счет
ПЭМИН;
3) аттестационные исследования эффективности принятых мер за-
щиты информации от утечки по каналу ПЭМИН.
При решении этих задач в ходе испытаний подлежат контролю:
• побочные информативные электромагнитные излучения СВТ в диа-
пазоне частот 3 кГц...1,8 ГГц, измеряемые с применением электри-
ческих антенн, и в диапазоне частот 3 кГц...30 МГц, где измерения
проводятся с помощью магнитных антенн;
• наводки информативных сигналов в диапазоне частот 3 кГц...
...300 МГц на цепи электропитания и заземления СВТ, а также на
отходящие от цепей СВТ, которые выходят за пределы контроли-
руемой зоны объекта вычислительной техники. Наведенные на-
пряжения измеряются при помощи специальных активных и пас-
сивных пробников;
• наводки информативных сигналов в диапазоне частот 3 кГц...
...300 МГц на сосредоточенные (ССА) и распределенные (РСА) слу-
чайные антенны. (ССА — это вспомогательные технические сред-
ства, линии подключения которых имеют выход за пределы кон-
тролируемой зоны; РСА — это проходящие вблизи СВТ провода,
кабели, проводящие предметы, гальванически не связанные с СВТ
объекта, но имеющие выход за пределы контролируемой зоны.)
566
Глава 12
В каждом из этих случаев защищенность информации, обрабаты-
ваемой СВТ, исследуется в два этапа. Целью первого этапа является
определение частот информативных составляющих ПЭМИ СВТ и изме-
рение их интенсивности. Цель второго этапа — расчет итоговых пока-
зателей защищенности по измеренным значениям интенсивности най-
денных составляющих.
Показателем защищенности информации служит отношение А
среднеквадратических значений информативного сигнала R, и шума
Е,„. Оно не должно превышать определенного НМД максимально до-
пустимого отношения информативного сигнал и помехи Л. при котором
еще невозможно перехватить защищаемую информацию:
Д = 7</Еш<<5. (12.8)
В случаях, когда наблюдаемое отношение Д превышает допусти-
мое ё, для обеспечения защищенности информации может быть ис-
пользована система активного зашумления (САЗ).
Расчет показателя информационной защищенности. Для по-
иска информативных составляющих ПЭМИ отдельные блоки (узлы) СВТ
последовательно переводят в специально организуемый тестовый ре-
жим работы. В тестовом режиме информационные сигналы приобрета-
ют вид последовательности пачек импульсов, что приводит к концентра-
ции мощности сигналов в узких полосах частот и облегчает выявление
спектральных составляющих ПЭМИ.
Так как побочные электромагнитные излучения аппаратуры, обра-
батывающей информацию, практически всегда имеют сложную струк-
туру, удобнее проводить поиск и анализ составляющих ПЭМИН в спек-
тральной области. Используемые в тестовых режимах сигналы являются
периодическими, поэтому их мощность концентрируется в совокупности
узкополосных спектральных составляющих, отстоящих друг от друга по
оси частот на тактовую частоту тестового сигнала:
F,. = 1/ТГц, (12.9)
где Т — период следования тактовых импульсов, с.
Рис. 12.3. Тестовый сигнал и его
спектр
Рассмотрим показанный на
рис. 12.3 периодический сигнал с
длительностью тактовых импуль-
сов т секунд и скважностью 6 =
= Т/т. Средняя мощность этого
сигнала может быть вычислена во
временндй или частотной области.
Средняя мощность сигнала во
временнбй области
ч Р
Р<р = у = ЭсЯ = PKrF3 =
(12.10)
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 567
где Эс — энергия каждого импульоа; Р1Р — средняя мощность последо-
вательности тактовых импульсов; Р„ —средняя мощность импульса.
Средняя мощность сигнала в частотной области
'’р^Е^
j
где Е3 — амплитуда спектральной составляющей сигнала на частоте f}.
Приравнивая правые части выражений (12.10) и (12.11). для сред-
ней мощности импульса получаем
"г,2>
т > }
В результате среднеквадратическое значение напряженности электро-
магнитного поля одиночного импульса можно записать в виде
Срвднеквадратическое значение напряженности электромагнитного по-
ля нормативных шумов Еш в полосе ДЕ = 1 /т составляет при этом
£ш=у (12,14)
где Еши(/) — зависимость от частоты спектральной плотность мощности
нормативного шума, определяемого НМД.
Итак, отношение среднеквадратических значений информативного
сигнала и помехи определяется выражением
Это соотношение является базовым для расчета показателей информа-
ционной защищенности, его конкретизация применительно к различным
типам специальных исследований будет выполнена ниже.
12.3. Уточнение параметров тестового
сигнала
Соотношение (12.15) предполагает наличие информации о такто-
вой частоте F-, и скважности 0 тестового сигнала, однако на практи-
ке точные значения этих параметров неизвестны и должны уточняться
по ходу исследований. Как правило, эти параметры определяются в
два этапа. Сначала из априорных данных о режиме тестирования рас-
считывают приближенные значения параметров режима, а затем эти
568
Глава 12
а) б)
Рис. 12.4. Изображение при активном
состояния режимов «вертикальные ли-
нии» (а) и «шахматное поле» (б)
значения уточняют на основе измеренных интенсивностей информатив-
ных составляющих ПЭМИ Рассмотрим определение этих параметров
на примере тестирования жидкокристаллического (ЖК) монитора и мо-
нитора с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ).
Оценка параметров режима тестирования для жидкокристал-
лического монитора. Рассмотрим случай, когда выбранная опера-
тором частота вертикальной развертки Fncp = 60 Гц, а разрешение
экрана Ргор х Рвер = 1280 х 1024 пикселей. При этом частота гори-
зонтальной развертки Рстр = PBepFBCp = 1024- 60 рз 60 кГц. В режи-
мах отображения «точка через точку» число темных вертикальных линий
(темных квадратиков шахматного поля в каждой строке изображения,
рис. 12.4) т = РТ^/2 = 1280/2 = 640. В результате возникает периоди-
ческая последовательность элементов отображения с тактовой частотой
FT = mFCTp = 640 • 60 = 38400 кГц = 38,4 МГц.
В ЖК мониторе форма видеосигнала соответствует формируемому
изображению и в рассматриваемом случае представляет собой после-
довательность со скважностью 0 = 2. Таким образом, т = 1 /AF =
= 1/(GFT) = 1/76,8 МГц = 0,013 мкс.
Оценка параметров режима тестирования для ЭЛТ-монитора.
Пусть монитор с ЭЛТ работает в режиме с разрешением Ргор х Ръер =
= 1024 х 768 пикселей и частотой вертикальной развертки FBep = 70 Гц.
При этом частота горизонтальной развертки FCTp = PBepFBep = 768-70 т
ж 54 кГц. При отображении вертикальных линий или шахматного по-
ля с размером элементов в 1 пиксел каждая строка будет содержать
т = Ргор/2 = 1024/2 = 512 периодов элементов отображения, и такто-
вая частота формируемой последовательности импульсов FT = mFCTp =
= 512 • 54 = 27640 кГц = 27,64 МГц.
Определение длительности формируемых импульсов для сигналов
ЭЛТ-монитора может представлять определенную проблему, гак как
для повышения четкости изображения импульсы видеосигнала имеют
продолжительность меньшую, чем < длительность» отображаемых пик-
селей. Вследствие этого скважность формируемой последовательно-
сти импульсов 0 > 2 и должна определяться непосредственно по ре-
зультатам спектральных исследований, а длительность импульса ока-
зывается меньше, чем для ЖК монитора: т < 1/AF - 1/(0FT) =
= 1/55,28 МГц = 0.0181 мкс.
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 569
Параметры режима тестирования ЭЛТ-монитора уточняются в два
этапа. На первом этапе по выявленной в результате радиоизмере-
ний периодичности размещения составляющих ПЭМИН на оси частот
уточняется значение тактовой частоты FT. На втором этапе также по
результатам радиоизмерений определяется частота /г ближайшей гар-
моники тактовой частоты, принимающей нулевое значение, и методом
перебора определяется простое число и Е {2,3,5,7,11,13}, для ко-
торого выполняется условие
3FT^/r/i/^4FT. (12.16)
В этом случае
T = v/fr, ИЛИ 1/т =/,/р, (12.17)
а скважность
0 = Л/№). (12.18)
Если подбором v условие выполнить не удается, то подбор следует
повторить, ориентируясь на альтернативное условие
2FT< Jr/i/^4FT. (12.19)
12.4. Аппаратные средства оценки
информационной защищенности
Эффективным средством решения задач оценки информационной
защищенности может служить многофункциональный портативный ком-
плекс радиомониторинга АРК-Д1ТИ, сертифицированный Госстандар-
том России как измерительное средство [7, 8, 86]. Комплекс пред-
ставляет собой, полностью российскую разработку. Он имеет широкие
измерительные и функциональные возможности и предназначен для ре-
шения задач радио- и радиотехнического контроля. Комплекс в реаль-
ном времени позволяет проводить спектральный анализ радиосигналов
с разрешением от нескольких десятков килогерц до десятков герц и
способен обнаруживать и анализировать сигналы в рабочем диапазоне
частот от сотен герц до 2 ГГц. При использовании конвертера радио-
сигналов АРК-КНВ4, также являющегося сертифицированным измери-
тельным средством [10], рабочий диапазон комплекса расширяется до
18 ГГц. Высокая чувствительность приемного тракта, большой дина-
мический диапазон измеряемых уровней сигналов в широкополосном
тракте (не менее 70 дБ по интермодуляции 2-го и 3-го порядков в поло-
се пропускания 2 МГц) позволяют эффективно решать задачи контроля
защищенности информации, обрабатываемой СВТ.
Для решения задач оценки защищенности информации на базе
комплекса АРК-Д1ТИ возможны несколько вариантов комплектов обору-
дования:
570
Глава 12
Комплект № 1. Комплекс АРК-Д1ТИ с измерительными антеннами,
пробником напряжения и вспомогательным генератором узкополосных
сигналов.
Комплект № 2. Аналогичный комплекс, снабженный дополнительно
управляемым по беспроводному каналу генератором сигналов АРК-ТГЗ.
Комплект № 3. Два комплекса АРК-Д1ТИ. связанные по беспровод-
ному каналу, и генератор сигналов АРК-ТГЗ, подключаемый непосред-
ственно к управляющей ПЭВМ одного из комплексов.
Комплект № 1 является базовым, он позволяет осуществлять все
измерения и расчеты, предполагаемые действующими нормативно-ме-
тодическими документами (НМД). Вместе с тем при применении ком-
плекта № 1 на выполнение отдельных видов измерений требуется боль-
ше времени, чем при использовании комплектов № 2 и № 3, включа-
ющих расширенный состав аппаратуры.
Наличие в комплекте № 2 дистанционно управляемого вспомога-
тельного генератора существенно ускоряет измерение коэффициентов
затухания сигналов и действующих высот случайных антенн Приме-
няемая для управления генератором беспроводная связь использует-
ся лишь для подачи команд перестроения с частоты на частоту, по-
этому детали реализации и конкретный набор используемых для свя-
зи управляющих частот принципиального значения не имеет. Вслед-
ствие этого при использовании комплекса АРК-Д1ТИ с дистанционно
управляемым генератором АРК-ТГЗ для организации БС может быть
применена как аппаратура IEEE 802.11b/g (WiFi), так и различные уз-
кополосные радиомодемы.
В комплекте № 3 обмен данными между центральным и перифе-
рийным постами системы производится параллельно с проведением ра-
диоизмерений, т.е. используемые для беспроводной связи частоты не
должны принадлежать диапазону исследований. Среди средств комму-
никации для ПЭВМ, удовлетворяющих подобным требованиям, предпо-
чтительными с точки зрения дальности действия являются устройства,
работающие в соответствии со стандартами IEEE 802.11b/g (WiFi).
12.5. Программные средства оценки
информационной защищенности
Используемые для решения задач оценки информационной защи-
щенности программные средства представляют собой пакет системного
математического обеспечения (СМО), в настоящее время состоящий из
трех взаимодействующих программ:
• СМО-РАПИРА — предназначено для анализа электромагнитной об-
становки, выявляет информативные электромагнитные излучения и
наводки;
• СМО-ПРИЗ — выполняет расчет итоговых показателей информа-
ционной защищенности;
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 571
• СМО-ТЕСТ — управляет тестовыми режимами работы проверяемой
аппаратуры.
За время, прошедшее с предыдущего издания этой книги, все части
данного программного пакета прошли несколько этапов усовершенство-
ваний.
Наибольшие изменения претерпело программное обеспечение для
управления аппаратурой радиомониторинга при поиске и анализе
ПЭМИН. До 2005 г. для поиска побочных излучений применялась про-
грамма СМО-ДХ. Эта программа реализовывала лишь классическую
двухэтапную процедуру поиска информативных ПЭМИ (алгоритм ТОР),
что приводило к существенным временным затратам при проведении
анализа. Кроме того, СМО-ДХ автоматизировала измерения лишь са-
мих составляющих ПЭМИН, а оценку всех сопутствующих показателей
оператор должен был осуществлять «вручную». Для преодоления недо-
статков СМО-ДХ в 2006 г. компанией ЗАО «ИРКОС» был разработан
новый пакет программного обеспечения СМО-ТЕЗИС. Он позволял ис-
пользовать для выявления информативных составляющих ПЭМИ как ал-
горитм ТОР, так и алгоритм ТОС, что обеспечивало существенное сокра-
щение времени, необходимого для определения расположения на оси
частот всех информативных составляющих ПЭМИ. Также СМО-ТЕЗИС
автоматизирует измерение интенсивности шумового излучения, созда-
ваемого на проверяемом объекте ВТ генератором шума при исполь-
зовании системы активного зашумления, и ряда других предусматри-
ваемых НМД показателей. К настоящему моменту управление аппара-
турой радиомониторинга при анализе составляющих ПЭМИН и оценке
защищенности информации на объектах информатизации осуществля-
ется программой СМО-РАПИРА (регистрация и анализ побочного излу-
чения радиоэлектронной аппаратуры). Особенности работы программы
СМО РАПИРА будут проиллюстрированы ниже.
В 2005 г. в связи с появлением новых НМД для выполнения ана-
лиза показателей защищенности была разработана специализирован-
ная программа расчета информационной защищенности СМО-ПРИЗ.
Эта программа способна рассчитывать все требуемые НМД показа-
тели защищенности информации и является совместной разработкой
научно-производственной компании ЗАО «ИРКОС» и ФГУ ГНИИИ ПТЗИ
ФСТЭК России. Программа имеет сертификат [178, 200] и позволя-
ет выполнять расчеты:
• радиуса контролируемой зоны СВТ, необходимого для предотвра-
щения утечки информации по каналу ПЭМИ;
• показателей защищенности информации, обрабатываемой СВТ, от
утечки по каналам побочных электромагнитных излучений и наводок
на вспомогательные технические средства и системы;
• оценки эффективности принятых мер защиты информации от утеч-
ки по каналу ПЭМИН.
572
Глава 12
Программа сохраняет результаты измерений и расчетов в базе дан-
ных и позволяет формировать соответствующие требованиям НМД про-
токолы с результатами исследований, сохраняемые в форматах HTML и
RTF. При необходимости программа СМО-ПРИЗ может использоваться
не только совместно с комплексом АРК-Д1ТИ, но и с другими средства-
ми радиоизмерений. Для автоматизации передачи результатов изме-
рений в составе программы имеется специальный модуль, предназна-
ченный для преобразования данных от внешнего приложения в формат
базы данных СМО-ПРИЗ.
Тестовая программа СМО-ТЕСТ предназначена для проведения
специальных исследований персональных ЭВМ и локальных вычисли-
тельных сетей на наличие побочных информативных электромагнитных
излучений.
Программа позволяет переводить внутренние и периферийные уст-
ройства ПЭВМ в активный (тестовый) и пассивный режим. В активном
режиме программа формирует импульсы информативного сигнала та-
ким образом, чтобы обеспечить наибольшую вероятность их обнаруже-
ния. Программа позволяет варьировать частоту следования информа-
тивных импульсов сигнала в широких пределах.
Информативные побочные излучения выявляются путем чередова-
ния состояний тестируемого устройства («активное» — «неактивное»).
Управление переключением состояний программы может осуществлять-
ся как вручную, так и дистанционно (при работе с аппаратурой АРК-
Д1ТИ). В версии 2.1 программы реализованы тесты для следующих уст-
ройств:
• видеоадаптера и монитора (для нескольких видеорежимов);
• модема (для нескольких скоростей передачи);
• центрального процессора;
• клавиатуры;
• линии связи LPT с принтером;
• локальной вычислительной сети.
Каждый тест хранится в отдельной библиотеке — файле с расшире-
нием 1st. Программа позволяет добавлять дополнительные тесты, в том
числе и от сторонних разработчиков. При запуске программы опрос и
подключение библиотек производится автоматически.
Задача № 1. Определение радиуса
контролируемой зоны
Сертификационные испытания, к которым относится задача № 1,
проводятся в лабораторных условиях при минимуме внешних воздей-
ствий и переотражений сигналов. Основные этапы решения задачи
№ 1 перечислены в табл. 12.1.
Поскольку сертификационные испытания не предполагают измере-
ния реальных коэффициентов затухания и/или показателей каких-либо
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 573
Таблица 12.1
Основные этапы решения задачи расчета радиуса контролируемой зоны
Наименование этапа Основные результаты Особенности использования полученных результатов
1. Выявление ин- формативных составляющих ПЭМИ для разных блоков СВТ 2. Определение параметров те- стовых сигналов 3. Определение опасных направ- лений и измере- ние интенсивно- стей составляю- щих ПЭМИ для блоков СВТ 4. Расчет радиуса контролируемой зоны Список частот ин- формативных состав- ляющих ПЭМИ Параметры тестовых сигналов Измерение интен- сивностей: 1) смеси составляющих ПЭМИ и фонового шума; 2) интенсивности фоно- вого шума в полосах составляющих ПЭМИ Радиусы R2, Г1 и г', характеризующие размеры контролиру- емой зоны Полученный список частот опреде- ляет составляющие ПЭМИ, интен- сивность которых будет оценивать- ся на этапе № 3. Список переда- ется для расчета в СМО ПРИЗ (см. колонку, помеченную символом «А» на рис. 12.10) Найденные параметры вносятся оператором в СМО-ПРИЗ Найденные опасные направления в таблицы не заносятся, они ис- пользуются при измерении интен сивностей составляющих ПЭМИ. Результаты измерений передают- ся в СМО-ПРИЗ и отображаются на форме СМО-ПРИЗ в колонках «В»- «D» (рис. 12.10) Отображаются в таблице, отмечен- ной на рис. 12.10 символом «Р», и автоматически вносятся в отчет по испытаниям
Т?2 — радиус зоны, внутри которой возможен прием информативного сигнала,
излучаемого в эфир CBTj специальными техническими средствами с возмож-
ностью последующей обработки и расшифровки;
П — радиус зоны, внутри которой наводки на сосредоточенные случайные
антенны имеют уровень, достаточный для регистрации техническими сред-
ствами разведки;
т\ — радиус зоны, внутри которой наводки на распределенные случайные ан
тенны имеют уровень, достаточный для регистрации техническими средства
ми разведки.
случайных антенн, то все варианты аппаратной организации комплекса
обеспечивают сопоставимые трудозатраты при выполнении измерений.
Комплекс АРК-Д1ТИ с помощью программы СМО-ТЕСТЕР способен
дистанционно переключать тестируемые блоки СВТ из пассивного со-
стояния в активное и обратно. Это делает возможным при выявлении
информативных составляющих ПЭМИН использовать режим ТОС. Ис-
пользование данного режима в программном обеспечении СМО-РАПИ-
РА в несколько раз сокращает временные затраты на поиск информа-
тивных составляющих ПЭМИН по сравнению с традиционным режимом
ТОР для раздельного обнаружения и тестирования информативности
составляющих (см. разд. 12.1).
Выполнение этапа 1 начинается с составления задания на исследо-
вание, в котором перечисляются все подлежащие тестированию блоки
574
Глава 12
Рис. 12.5. Активация поиска информативных составляющих ПЭМИ монитора
программой СМО-РАПИРА
СВТ и частотные диапазоны, где будет выполняться поиск составляю-
щих ПЭМИ. Затем оператор размещает проверяемое СВТ на поворот-
ном столе, а антенну комплекса АРК-Д1ТИ вблизи подлежащего провер-
ке блока СВТ (пока без тщательной подстройки ориентации и поляри-
зации антенны), при помощи программы СМО-ТЕСТЕР подготавливает
соответствующий блок к переключению в тестовый режим и подает ко-
манду на поиск сигналов (рис. 12.5). Через 5... 15 минут (в зависимости
от ширины тестируемого диапазона частот и особенностей настройки
тестирования) заканчивается формирование предварительного списка
частот информативных составляющих ПЭМИ. Окончательный вариант
списка частот определяется оператором после ручной перепроверки
(необходимой при сложных условиях тестирования).
На этапе 2 параметры тестовых сигналов измеряются или рассчи-
тываются оператором на основе сведений о функционировании тестиру-
емого блока.
На этапе 3 измерительную антенну комплекса АРК-Д1ТИ устанав-
ливают на расстоянии 1 м от СВТ (рис. 12.6) и переключают тестируе-
мый блок в активный режим. Подбор направления для каждой состав-
ляющей осуществляется регулировкой взаимного расположения пово-
ротного стола и направления поляризации измерительной антенны для
обеспечения максимума интенсивности; измеряемое значение отобра-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 575
Рис. 12.6. Схема проведения измерения интенсивности информативных
составляющих ПЭМИ при сертификационных испытаниях СВТ
Настройка
Продолжить для всех частот|
Остановить ? Следущая частота
^Частота; 197.198697 МГц, полоса: 120 кГц
Рис. 12.7. Окно программы СМО РАПИРА, используемой для поиска
направления наиболее интенсивного излучения
жается на форме, показанной на рис. 12.7. Данный максимум фикси-
руется в таблице как результат измерения смеси составляющей ПЭМИ
и фонового шума. Затем тестируемый блок физически выключается
(возможно, вместе с проверяемым СВТ), и для всех частот составляю-
щих автоматически измеряется напряженность поля фонового излуче-
ния в полосах составляющих ПЭМИ. Собранные сведения сохраняются
в файле данных программы СМО-РАПИРА, затем по команде оператора
передаются в программу СМО-ПРИЗ и используются для определения
радиуса контролируемой зоны СВТ.
В соответствии с НМД для измерения напряженности поля исполь-
зуется пиковый или квазипиковый детектор с полосой пропускания,
определяемой шириной спектра информативной составляющей ПЭМИ.
Коэффициенты калибровки измерительной антенны учитываются авто-
матически.
На этапе 4 расчет радиуса контролируемой зоны начинается с пе
редачи в программу СМО-ПРИЗ результатов измерений, накопленных
программой СМО-РАПИРА, а также с ввода оператором параметров те-
576
Глава 12
Рис. 12.8. Блок-схема алгоритма расчета радиуса контролируемой зоны
Т?2 ПРИ оценке защищенности СВТ от утечки информации по каналу ПЭМИ
стовых сигналов. Структурная схема алгоритма для определения ра-
диуса представлена на рис. 12.8. В этой схеме использованы сле-
дующие обозначения:
Ecmj — измеряемая в микровольтах на метр напряженность сиг-
нальной составляющей информативной компоненты ПЭМИ, излучаемой
т-м тестируемым блоком СВТ на частоте f3. Она рассчитывается по из-
меренным уровням напряженности электромагнитного поля Eumj, дБ, и
Eaj, дБ, в соответствии с правилом
Ecmj = х/ю0’1^’ - 10°Т^7, [мкВ/м]; (12.20)
Qm — скважность тестового сигнала m-го блока СВТ;
KOj(r) — коэффициент затухания электромагнитного поля в сво-
бодном пространстве;
Кпт — коэффициент разрядности т-го блока СВТ (для параллель-
ных кодов Кпт = п/2, где п — число разрядных цепей исследуемого
блока; для последовательных кодов Кпт ~ 1);
Ешк(/) — соответствующая текущему типу средств радиоконтроля
напряженность поля нормированных шумов, рассчитываемая согласно
НМД;
— частотный интервал, которому принадлежат тестируемые со-
ставляющие ПЭМИ, ширина которого определяется длительностью им-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 577
Рис. 12.9. Вид главного окна программы СМО ПРИЗ при расчете радиуса
контролируемой зоны
пульсов тгп тестового сигнала проверяемого блока СВТ,
AFt = —; (12.21)
I'm
днорм — предельно допустимое для текущей категории объектов от-
ношение сигнал/помеха в точке возможного размещения средств съема
информации.
Из рис. 12.8 видно, что радиус R2 контролируемой зоны опреде-
ляется итеративным путем как расстояние, на котором для всех блоков
СВТ и всех частотных интервалов AF* отношение сигнал/шум А не пре-
вышает предельно допустимое по НМД значение <5норм.
Лабораторные исследования СВТ включают в себя также расчет
радиусов зон и г', представляющих собой минимально допустимые
расстояния от СВТ до вспомогательных технических средств и систем
и их кабельных коммуникаций, имеющих выход за границу контроли-
руемой зоны. Радиус Г1 рассчитывается по отношению к сосредото-
ченным, а радиус г' — по отношению к распределенным случайным
антеннам. Расчеты этих величин производятся аналогично расчету ра-
диуса зоны но с заменой напряженности поля нормированных шу-
мов FmH(/) уровнями чувствительности сосредоточенных и распреде-
ленных случайных антенн, задаваемыми НМД. Результаты произведен-
ных расчетов для разных интервалов частот отображаются в СМО-ПРИЗ
в таблицах, отмеченных на рис. 12.9 символами «Е» и «Е», и по ко-
манде оператора передаются в автоматически формируемый отчет с
результатами испытаний.
578
Глава 12
12.6. Особенности проведения
аттестационных испытаний
Целью как аттестационных испытаний, так и оценки эффективно-
сти принятых мер защиты информации является установление соот-
ветствия НМД уровня ПЭМИН на границе контролируемой зоны объ-
екта информатизации. Защищенность информации от утечки по каналу
ПЭМИН считается удовлетворительной, если все полученные при ана-
лизе блоков СВТ отношения сигнал/шум не превышают предельной ве-
личины, соответствующей категории проверяемого объекта информати-
зации. Все аттестационные исследования защищенности информации
реально производятся по алгоритму, структурная схема которого по-
казана на рис. 12.10. Отличия заключаются лишь в деталях расчетов
показателей информационной защищенности.
Рис. 12.10. Блок-схема алгоритма оценки защищенности информации,
обрабатываемой СВТ
Учет коэффициентов реального затухания сигналов. Особен-
ностью аттестационных испытаний является их проведение непосред-
ственно на объекте информатизации и необходимость учета особенно-
стей его расположения по отношению к потенциальным местам разме-
щения средств радиоконтроля, реально наблюдаемых затуханий сигна-
лов при распространении ЭМП к границе контролируемой зоны и т.п
Теоретический учет таких особенностей оказывается весьма сложным и
недостаточно точным [51], поэтому расчет показателей защищенности
при аттестационных испытаниях производят с определением и исполь-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 579
зованием коэффициентов реального затухания сигналов
{Edj/EpKj при RH R,
EdjKvjtR) (12.22)
ад,(Л.) прил“</г'
где Ем — соответствующая частоте /7 напряженность поля сигнала,
сформированного вспомогательным генератором вблизи СВТ; EpHj —
напряженность поля, измеренная на расстоянии /?„ от СВТ; R — рас-
стояние до места возможного размещения средств разведки
Показатели защищенности информации. При оценке защищен-
ности информации от утечки по каналу ПЭМИ расчет показателя инфор-
мационной защищенности Дш выполняется в соответствии с выражени-
ем
(12.23)
где Ecmj — напряженность сигнальной составляющей ПЭМИ, мкВ/м, из-
лучаемой 7П-М тестируемым блоком СВТ на частоте fj, рассчитываемая
согласно (12.20); — скважность тестового сигнала для m-го блока
СВТ; Кпт — его коэффициент разрядности; Euni(f) — соответствую-
щая текущему типу средств разведки напряженность поля нормативных
шумов; AF; — частотный интервал (12.21), которому принадлежат те-
стируемые составляющие ПЭМИ.
При исследовании опасности утечки информации за счет наводок
интенсивность сигнальных составляющих наведенных напряжений, мкВ,
рассчитывается по правилу
(12.24)
где Uumj — напряжение, наводимое в тестируемой линии на частоте
fj при работе m-го блока СВТ в активном режиме; Uuj — напряжение,
создаваемое в той же линии естественным электромагнитным фоном
при выключенном СВТ. Правило расчета показателя информационной
защищенности Дт приобретает вид
(12.25)
где Клд — реальный коэффициент затухания сигналов в тестируемой
линии; действующая высота hR(f) характеризует свойства тестируемой
линии в качестве случайной антенны (эта зависимость аппроксимирует-
ся по результатам измерений), а параметры 0m, Euai(f) и ДЕг остаются
теми же, что и при анализе канала ПЭМИ
580
Глава 12
В случаях, когда для улучшения защиты информации на объекте ин-
форматизации используется система активного зашумления (САЗ), при
расчете показателя защищенности Д7П правило (12.25) приобретает вид
(12.26)
где Eu,k — напряженность поля шума, создаваемого САЗ на к-й частоте;
Кршк — коэффициент реального затухания шума, создаваемого генера-
тором САЗ; Ки, — коэффициент качества шума САЗ. Прочие параметры,
включая правило (11.20) расчета напряженности Ecmj сигнальной со-
ставляющей ПЭМИ, полностью соответствуют ранее разобранным слу-
чаям.
Наконец, при оценке эффективности принятых мер защиты инфор-
мации применительно к каналу наводок упомянутое в алгоритме на
рис. 12.10 правило расчета показателя информационной защищенно-
сти Дт приобретает вид
где иш<:к —среднеквадратическое значение напряжения шума, создава-
емого в линии генератором САЗ на к-й частоте, интенсивности инфор-
мативных составляющих наведенных сигналов рассчитывают по прави-
лу (12.24), а все прочие обозначения соответствуют ранее разобранным
случаям.
Задача № 2. Исследование защищенности
информации
Задача № 2 решается в ходе аттестации объекта (либо рабоче-
го места), на котором возможна обработка информации ограниченного
доступа. Цель — проверить достаточность степени защищенности об-
рабатываемой информации от утечки по каналу ПЭМИН применительно
к конкретному СВТ, размещенному в конкретной точке пространства.
Подобные объектовые испытания позволяют учесть следующие усло-
вия использования СВТ:
• геометрию границ контролируемой зоны объекта;
• геометрию и особенности взаимного расположения помещений
объекта;
• реальные коэффициенты затухания (условия распространения) ра-
диоволн;
• наличие на объекте разнообразных случайных антенн и их характе-
ристики;
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 581
• возможности размещения аппаратуры радиоразведки вблизи объ-
екта.
Уточним кратко возможные механизмы утечки информации, кото-
рые необходимо иметь в виду при проведении испытаний на объекте
информатизации. СВТ, обрабатывая данные, порождает изменяющееся
ЭМП, распространяющееся в окружающем его пространстве. По мере
удаления от СВТ интенсивность составляющих ПЭМИ ослабевает, од-
нако существует область пространства (ее размер приближенно опре-
деляется радиусом контролируемой зоны, полученным при решении за-
дачи № 1), в пределах которой отношение сигнал-шум остается доста-
точным для существования возможности восстановления информации,
обрабатываемой СВТ. Таким образом, защищенность информации от
утечки за счет ПЭМИ определяется степенью затухания информативных
составляющих в местах возможного размещения средств разведки.
Возможен и другой механизм утечки информации. Практически в
любом помещении существует множество проводящих элементов (кон-
струкций), которые могут выступать в качестве случайных антенн. Рас-
пространяющееся от СВТ излучение, достигая подобной случайной ан-
тенны, индуцирует в ней переменное напряжение той же частоты. Далее
«принятый» случайной антенной сигнал распространяется по ней как по
длинной линии. При этом коэффициент затухания может оказаться за-
метно ниже, чем при «эфирном» распространении ЭМП, и если рассмат-
риваемая проводящая конструкция выходит за пределы контролируемой
зоны, то оказывается возможным снятие сигнала (контактное или бес-
контактное) и его демодуляция (декодирование) средствами разведки,
подключенными к данной линии утечки за пределами контролируемой
зоны. Защищенность информации от утечки за счет наводок опреде-
ляется затуханием составляющих ПЭМИН по ходу распространения до
мест возможного размещения средств разведки.
Итак, контроль защищенности информации на объекте информати-
зации должен включать в себя как проверку возможности утечки инфор-
мации за счет ПЭМИ, так и оценку опасности регистрации средствами
разведки напряжений, наводимых в различных линиях. Основные этапы
решения этой задачи перечислены в табл. 12.2.
На реализации трех первых этапов мы не будем подробно останав-
ливаться, поскольку методика их выполнения практически совпадает с
задачей № 1 с той разницей, что исследования производятся непосред-
ственно на объекте информатизации (рис. 12.11). Так как на первых
трёх этапах измерения производятся вблизи исследуемой аппаратуры
без использования вспомогательного генератора, то состав комплекта
аппаратуры не влияет на трудоемкость испытаний.
Целью выполнения этапа 4 является оценка коэффициентов зату-
хания высокочастотных сигналов, реально наблюдаемых на объекте ин-
форматизации и определяющих для сигналов ПЭМИ отношение сигнал-
шум, наблюдаемое на границе контролируемой зоны. Измерение ко-
582
Г лава 12
Таблица 12.2
Основные этапы решения задачи оценки защищенности информации
от утечки за счет ПЭМИН
Наименование этапа Основные результаты Особенности использования полученных результатов
1 Выявление ин- формативных составляющих ПЭМИ для разных блоков СВТ 2. Определение параметров те- стовых сигналов 3. Определение опасных направ- лений и измере- ние интенсивно- стей составляю- щих ПЭМИ для блоков СВТ 4. Измерение реальных коэф- фициентов зату- хания сигналов в направлениях возможного раз- мещения средств разведки 5. Измерение на- пряжений, наво- димых в различ- ных линиях утеч- ки при работе блоков СВТ Список частот инфор- мативных составляющих ПЭМИ Параметры тестовых сигналов Измерение интенсивно- стей: 1) смеси состав- ляющих ПЭМИ и фоно- вого шума; 2) интенсив- ности фонового шума в полосах составляющих ПЭМИ Параметры: 1) напря- женности поля радио- сигналов вблизи тести- руемого СВТ на часто- тах информативных со- ставляющих, формиру- емых вспомогательным генератором; 2) напря- женности поля радио- сигналов, регистриру- емых при наблюдении тех же сигналов на гра- нице контролируемой зоны или в иной доста- точно удаленной точке Наведенные напряже- ния: 1) смеси составля- ющих ПЭМИ и фонового шума; 2) фонового шу- ма в полосах составля- ющих ПЭМИ Полученный список частот опре- деляет те составляющие ПЭМИ, интенсивность которых будет оце- ниваться на этапе № 3. Список передается для расчета в СМО- ПРИЗ (см. колонку, помеченную символом «А» на рис. 12.18) Найденные параметры вносятся оператором в СМО-ПРИЗ Найденные опасные направления в таблицы не заносятся, они ис- пользуются при измерении интен- сивностей составляющих ПЭМИ. Результаты измерений передают- ся в СМО-ПРИЗ и отображаются на форме СМО-ПРИЗ в колонках «В»—«D» (рис. 12.18) Результаты измерений напряжен- ности поля передаются в СМО- ПРИЗ, где по ним рассчитываются коэффициенты реального затуха- ния сигналов. Итоги измерений отображаются в СМО-ПРИЗ в ко- лонках «Е», «Р» (рис. 12.18) Результаты измерений передают- ся в СМО-ПРИЗ, где по ним рас- считываются сигнальные состав- ляющие наводок с поправкой на погрешности измерений. Итоги измерений размещаются в колон- ках (рис. 12.19)
эффициентов затухания предусматривает излучение вспомсм ательным
генератором тестовых сигналов на частотах информативных составля-
ющих ПЭМИ с замером интенсивности поля вблизи и на существенном
удалении от генератора. Для обеспечения точности измерений кабель,
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 583
Окончание табл. 12.2
Наименование этапа Основные результаты Особенности использования полученных результатов
6. Измерение ко- эффициентов за- тухания сигналов в исследуемой линии утечки 7. Оценка дей- ствующей высоты случайной антен- ны для тестируе- мых линий утечки информации 8. Расчет показа- телей защищен- ности информа- ции Измеряются: 1) напряже- ния, индуцированные вспо- могательным генератором в линии на частотах со- ставляющих ПЭМИ; 2) на- пряжения, наблюдаемые в линии для тех же сигналов от вспомогательного гене- ратора на границе контро- лируемой зоны Измеряются: 1) напряже- ния, индуцируемые вспо- могательным генератором в линии в точке макси - мально близкой к тестиру- емому СВТ на наборе кон- трольных частот; 2) напря- женность поля, наблюда- емая для тех же сигналов вспомогательного генера- тора вблизи тестируемой линии Отношения сигнал/шум, наблюдаемые на границе контролируемой зоны Результаты измерений напря- жений передаются в СМО- ПРИЗ, где по ним рассчитыва- ются величины коэффициентов затухания. Итоги измерений размещаются в СМО-ПРИЗ в колонке «К» (рис. 12.19) Результаты измерений напря- жений и напряженности поля передаются в СМО-ПРИЗ, где по ним рассчитываются дей- ствующая высота антенны на контрольных частотах Отображаются в таблице, от- меченной на рис. 12.18, 12.19 символами «G», «Н», и автома- тически вносятся в отчет испы- таний
подсоединяющий измерительную антенну к входу измерительного при-
емника, должен иметь небольшую длину. Как следствие, производить
измерения одновременно в ближней и дальней точке при наличии одно-
го измерительного комплекса невозможно; эти измерения приходится
делать последовательно друг за другом.
Рассмотрим последовательность действий, которую должен выпол-
нить оператор, использующий комплект аппаратуры № 1 (базовый ком-
плект).
1. Тестируемое СВТ выключается, в месте его размещения устанав-
ливается излучающая антенна вспомогательного генератора сигналов
(перечень рекомендуемых генераторов можно найти в НМД).
2. Комплекс АРК-Д1ТИ размещается вблизи от места установки те-
стируемого СВТ, а его измерительная антенна устанавливается на рас-
стоянии 1 м от антенны вспомогательного генератора. Так, при изме-
рении коэффициентов затухания сигналов применительно к носимым
средствам разведки для размещения измерительной антенны можно
рекомендовать точку Б1, показанную на рис. 12.12. При проведении
584
Глава 12
Реальное место установки
тестируемого СВТ на
объекте информатизации
Комплекс
АРК-Д1ТИ
Рис. 12.11. Исследование на объекте информатизации направления
наиболее интенсивного излучения ПЭМИ и измерение напряженности
поля для составляющих ПЭМИ
измерений по отношению к возимым средствам разведки для разме-
щения измерительной антенны можно рекомендовать точку Б2.
3. Оператор выбирает в выпадающем списке формы СМО-РАПИРА
в качестве тестируемой линии утечки «Радиоканал» и подает команду
«Измерение уровней сигналов вблизи от РЭА» для первого частотного
диапазона из задания на тестирование.
4. Начало выполнения измерения влечет появление на экране
ПЭВМ формы «Настройка», которая в данном случае имеет вид, по-
казанный на рис. 12.13. Частота в верхней части формы соответствует
первой из информативных составляющих ПЭМИ текущего диапазона.
Оператор перестраивает вспомогательный генератор на указанную ча-
стоту и затем подбирает положение измерительной антенны, обеспечи-
вающее максимальное значение результата измерений.
5 После нажатия на кнопку «Следующая частота», программа СМО-
РАПИРА записывает в своей базе данных результат текущего измере-
ния, перестраивает приемный тракт комплекса АРК-Д1ТИ на измере-
ние напряженности поля на частоте следующей информативной состав-
ляющей ПЭМИ текущего частотного диапазона и предлагает операто-
ру настроить на эту частоту вспомогательный генератор. Поскольку
излучающая и измерительная антенны к этому моменту уже сориен-
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 585
Место реального размещения
тестируемого СВТ и, как следствие,
место размещения излучающей
антенны вспомогательного генератора
Л, А АААААААА^^.
Соседняя
организация «<
Д1
I’
«’
Рис. 12.12. Схема измерения коэффициентов затухания сигналов (этап
№ 4) при оценке защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИ
на объекте информатизации: Б1, Д1 — места размещения измери-
тельной антенны при измерениях коэффициентов затухания для носи-
мых средств разведки; Б2, Д2 — места размещения измерительной ан-
тенны при измерениях коэффициентов затухания для возимых средств
разведки
частота:
Частота 146.27‘.С6йМГи полоса; 120 кГц
Рис. 12.13. Форма «Настройка» при оценке коэффициентов затухания
тированы относительно друг друга, то подстройки положения антенн
больше не требуется.
586
Глава 12
6. В результате подобного «пошагового» процесса фиксируются
значения напряженности поля для всех частот данного частотного диа-
пазона. Затем аналогичные измерения проводятся для всех других под-
диапазонов; при этом помимо перестроения по частотам вспомогатель-
ного генератора от оператора требуется лишь следить за правильно-
стью выбора используемой измерительной антенны.
7. После завершения измерений вблизи СВТ измерительный ком-
плекс перемещают на границу контролируемой зоны. Применительно
к ситуации, представленной на рис. 12.12, при оценке коэффициентов
затухания сигналов для носимых средств разведки можно порекомен-
довать разместить измерительную антенну в точке Д1. Если же раз-
мещение измерительной антенны непосредственно на границе контро-
лируемой зоны затруднительно, то для получения данных можно вы-
брать некоторую промежуточную точку (подобную точке Д2 для возимых
средств разведки на рис. 12.12) с фиксацией расстояния, на котором
реально проводились измерения.
8. Оператор измеряет напряженности поля в удаленной от СВТ
точке командой программы СМО-РАПИРА «Измерение уровней сигна-
лов вдали от РЭА» и повторно выполняет описанные выше действия.
Следует отметить, что проводить при этом измерения удобнее вдвоем,
так как рекомендуемые НМД генераторы дистанционного управления
не предусматривают, а значит, помимо самого оператора, контроли-
рующего процесс измерений, необходим помощник, обеспечивающий
перестроение вспомогательного генератора.
Таким образом, при определении коэффициентов затухания не-
удобство комплекта аппаратуры № 1 состоит в том, что вспомогатель-
ный генератор и измерительный приемник разнесены в пространстве,
и выполняющий измерения оператор вынужден тратить значительное
время на перемещение между точками размещения вспомогательного
генератора и измерительной аппаратуры или использовать помощника.
Заметный дополнительный расход времени вызывается при этом и са-
мой процедурой «ручной» перестройки генератора на нужные частоты.
Если вместо комплекта № 1 воспользоваться комплектом аппара-
туры № 2 с управляемым генератором, то ситуация упрощается. Для
проведения измерений вдали от СВТ генератор АРК-ТГЗ с излучающей
антенной размещают вблизи тестируемого устройства обработки ин-
формации, а оператор с измерительным комплексом АРК-Д1ТИ распо-
лагается в точке проведения удалённых измерений (рис. 12.14). Благо-
даря дистанционному беспроводному управлению генератором исклю-
чается необходимость «ручной» настройки генератора, что существенно
ускоряет переход с частоты на частоту, кроме того, оператор может
управлять процедурой перестройки из удаленной точки.
Еще больший выигрыш достигается при использовании комплекта
аппаратуры № 3. При ситуации, рассмотренной на рис. 12.12, цен-
тральный пост устанавливают в точках Б1 и Б2, а периферийный — в
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 587
Тестируемая аппаратура
Рис. 12.14. Измерение интенсивности вспомогательных сигналов в удаленной
точке комплектом аппаратуры с управляемым генератором
точках Д1 и Д2 и вместо раздельного измерения интенсивностей сиг-
налов вблизи и вдали от СВТ производят те же измерения двумя ком-
плексами параллельно, используя команду СМО-РАПИРА «Измерение
уровней сигналов вблизи/вдали от РЭА».
Проведение измерений в ближней и дальней точке параллельно
во времени (рис. 12.15) не только заметно ускоряет получение дан-
ных, но и гарантирует более высокую точность определения коэффи-
циентов затухания. Дело в том, что при измерениях с разрывом во
времени, что неизбежно при использовании комплектов № 1 или № 2
за прошедший с начала измерений интервал времени радиообстанов-
ка в исследуемых диапазонах частот может существенно измениться,
что может стать причиной ошибок.
Этапы 5 и 6 оценивания защищенности информации от утечки по
каналу ПЭМИН предполагают детальное исследование свойств имею-
щихся на объекте каналов утечки информации. Основой для подобных
каналов могут, к примеру, выступать следующие линии:
• осветительная и силовая сеть или незадействованные в данный мо-
мент провода (с обрывом);
• телефонная линия и линия пожарной сигнализации;
• инженерные коммуникации (система вентиляции, отопления и т.п.);
• металлические конструкции (например, карниз), идущие в помеще-
ниях и расположенные вблизи мест размещения СВТ.
588
Глава 12
Тестируемая аппаратура
(в процессе измерения коэффициентов затухания
сигналов может находиться в выключенном состоянии)
Вспомогательное излучение
для измерения коэффициентов
затухания сигналов
Генератор
АРК -ТГЗ
Комплекс
АРК-Д1ТИ
Комплекс
АРК-Д1ТИ
Программа
"СМО-
РАПИРА"
Управляющая ПЭВМ
центрального поста
Управляющая ПЭВМ
периферийного поста
Центральный пост
Периферийный пост
Рис. 12.15. Использование комплекта аппаратуры № 3 для оценки ко-
эффициентов затухания сигналов при распространении по радиоканалу
До начала выполнения этапов 5 и 6 линии, подлежащих тестирова-
нию, вносятся в программу СМО-РАПИРА в виде списка на форме «Па-
раметры программы». В процессе сбора данных все внесенные в этот
список линии оказываются доступными в выпадающем списке на панели
управления СМО-РАПИРА. Данный список включает «Радиоканал», вы-
бор которого предполагает исследование ПЭМИ и, следовательно, ис-
пользование при сборе данных измерительных антенн. Все остальные
каналы утечки считаются линиями наводок и, следовательно, при прове-
дении измерений предполагают использование пробника напряжения.
Измерение интенсивности наведенных напряжений производится
в следующем порядке:
1. В выпадающем списке в программе СМО-РАПИРА оператор вы-
бирает подлежащую тестированию линию и подключает к ней вход проб-
ника напряжения. Выход пробника соединяется с антенным входом ап-
паратуры АРК-Д1ТИ для данного диапазона частот.
2. При включенном тестируемом блоке и запущенном тесте опера-
тор активирует выполнение измерений. Поскольку пробник напряжения
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 589
не предполагает настройки поляризации, то сразу после старта измере-
ний на форме «Настройки» подается команда «Продолжить для всех ча-
стот», что позволит максимально быстро замерить интенсивности смеси
наведенных напряжений ПЭМИН с наводками иного происхождения.
3. После фиксации значений напряжений по подсказке програм-
мы СМО-РАПИРА оператор выключает тестируемый блок и повторяет
измерения на всех частотах текущего поддиапазона для регистрации
напряжений, имеющих отличающуюся от ПЭМИН природу.
4. Аналогичные действия повторяются для всех прочих частотных
диапазонов, содержащих информативные составляющие ПЭМИН и для
всех имеющихся линий.
5. Собранные сведения сохраняются в файле данных программы
СМО РАПИРА и по команде оператора передаются в программу СМО-
ПРИЗ для определения напряжения сигнальных составляющих компо-
нент ПЭМИН для каждого из каналов утечки
Целью выполнения этапа 6 является оценка коэффициентов затуха-
ния высокочастотных сигналов при их распространении по тестируемой
линии. Как и для радиоканала, измерение коэффициентов затухания
предусматривает формирование вспомогательным генератором тесто-
вых сигналов на частотах информативных составляющих ПЭМИ с за-
мером интенсивности сигналов вблизи и на существенном удалении от
генератора, однако измерению теперь подлежат наведенные напряже-
ния, наблюдаемые в исследуемой линии.
При использовании комплекта аппаратуры № 3 последовательность
действий такова:
1. С помощью генератора сигналов АРК-ТГЗ, входящего в состав
центрального поста системы, в проверяемой линии индуцируется на-
пряжение сигнала.
2. Центральный пост размещается вблизи от места установки те-
стируемого СВТ, а подключенный к нему пробник напряжения присоеди-
няется к ближайшей к СВТ точке тестируемой линии. Периферийный
пост размещается вблизи границы контролируемой зоны и его проб-
ник также присоединяется к тестируемой линии. Пример возможного
размещения постов системы показан на рис. 12.16.
3. Оператор в выпадающем списке выбирает тестируемую линию и
активирует процедуру измерений командой «Измерение уровней сиг-
налов вблизи/вдали от РЭА».
4. Сразу после появления на экране ПЭВМ формы «Настройка» one
ратор подает команду «Продолжить для всех частот». По этой команде
управляющая ПЭВМ центрального поста начинает перестраивать гене-
ратор АРК-ТГЗ с частоты на частоту, выполняя одновременные измере-
ния двумя комплексами на каждой из частот, а измеренные наведенные
напряжения в точках подключения пробников используются для расчета
коэффициента затухания на у-й частоте
Кп] =Urlj/Ur2j, (11.28)
590
Глава 12
Место реального размещения
тестируемого СВТ и, как следствие,
место размещения излучающей
антенны вспомогательного
генератора
Линия №2 -
телефонная
ЛИНИЯ лД;
КЗ
Рис. 12.16. Расположение аппаратуры для этапов 5 и 6 при иссле-
довании защищенности информации от утечки за счет наводок: Ц1,
П1 — места подключения пробников напряжения центрального и пе-
риферийного постов при оценке затухания сигналов в линии пожар-
ной сигнализации; Ц2, П2 — точки подключения пробников напряже-
ния центрального и периферийного постов измерительной аппарату-
ры при оценке коэффициентов затухания сигналов в телефонной линии
где Urij — напряжение вблизи СВТ; Ur2j — напряжение на границе
контролируемой зоны.
5. Аналогичные измерения проводятся для всех частотных поддиа-
пазонов задания всех подлежащих проверке линий. В процессе пере-
бора частот и линий задачей оператора является физическое переклю-
чение щупа пробника с одной тестируемой линии на другую.
6. Собранные сведения сохраняются в файле данных программы
СМО-РАПИРА, далее по команде оператора передаются в программу
СМО-ПРИЗ для определения коэффициентов затухания сигналов.
Как и при измерении коэффициентов затухания сигналов в радио-
канале, использование вместо комплекта аппаратуры № 3 комплекта ап-
паратуры № 2 приводит к снижению скорости сбора данных. Примене-
ние комплекта Ns 1 сопряжено со значительными потерями времени на
«ручную» перестройку с частоты на частоту вспомогательного генерато-
ра.
Оценка действующих высот случайных антенн, выполняемая на эта-
пе 7, необходима для последующего пересчета программой СМО-ПРИЗ
напряженности поля нормированных шумов в шумовую составляющую
наведенного напряжения, на фоне которой осуществляется съем ин-
формации специальными средствами. Зависимость действующей вы-
соты антенны от частоты обычно оказывается относительно плавной,
поэтому измерения на данном этапе проводят на небольшой по объе-
му сетке фиксированных частот. Основные действия, проводимые на
этом этапе, сводятся к следующему:
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 591
Реальное место установки
тестируемого СВТ на
объекте информатизации
Комплекс
АРК -Д1ТИ
Рис. 12.17. Схема подключения при измерении действующих высот случайных
антенн
1. Тестируемое СВТ выключается и на месте его размещения уста-
навливается излучающая антенна вспомогательного генератора сигна-
лов. Измерительная антенна размещается на расстоянии не более
0,5 м от тестируемой линии так, чтобы при наведении в ней напря-
жения вспомогательным генератором, на выходе измерительной ан-
тенны наблюдался сигнал максимальной интенсивности (рис. 12.17).
К самой линии рядом с измерительной антенной подключается щуп
пробника напряжения.
2. Оператор запускает процедуру измерений командой «Измере-
ние напряженности ЭМП и наводок». При этом вспомогательный гене-
ратор либо автоматически настраивается на нужную частоту из име-
ющегося списка контрольных частот (при использовании комплектов
аппаратуры № 2 или № 3), либо на экран выводится приглашение
оператору осуществить необходимую настройку генератора вручную
При подтверждении оператором готовности программа СМО-РАПИРА
замеряет наведенное в линии напряжение и напряженность поля, по-
рождаемого вспомогательным генератором, и переходит к измерени-
ям на следующей частоте.
3. После выполнения измерений по списку частот для данной линии
оператор повторяет измерения для других линий.
592
Глава 12
Так как все измерения производятся вблизи тестируемого СВТ и,
следовательно, могут быть осуществлены одним измерительным ком-
плексом, то комплектность аппаратуры значимого влияния на эффек-
тивность выполнения данного этапа не оказывает.
На этапе 8 рассчитывается совокупность отношений сигнал-шум на
границе контролируемой зоны. После передачи результатов измерений
в расчетную программу СМО-ПРИЗ выполняются следующие действия:
1. Оператор вводит параметры тестовых сигналов в форму «Пара-
метры режимов тестирования СВТ», а сведения о возможном разме-
щении средств разведки и о параметрах проведения измерений — в
форму «Параметры программы».
2. При запрете автоматического перерасчета коэффициентов зату-
хания оператор обязан вручную ввести или с использованием расчетных
форм определить коэффициенты реального затухания радиосигналов и
затухания наведенных напряжений в линиях утечки, а также действую-
щие высоты тестируемых случайных антенн. Если же флаг «Автоматиче-
ский перерасчет коэффициентов затухания» установлен, то программа
СМО-ПРИЗ сама заполнит колонки таблиц значениями и коэффициен-
там, соответствующими переданным результатам измерений.
3. Активируется процедура расчета показателей защищенности, ре-
зультаты которой представлены на рис. 12.18 и 12.19в колонках, отме-
ченных символами «G»-«H». При установленном флажке «Автоматиче-
ский перерасчет показателей» для получения показателей защищенно-
сти действий оператора не требуется.
Рис. 12.18. Возможный вид главного окна программы «СМО-ПРИЗ 1.1» при
расчете защищенности информации на объекте информатизации по каналу
ПЭМИ
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 593
Ж СМО-ПРИЗ [ Базовый вариант №2 ]
Файл Действия Настройка Помощь
D & ft И ® : Т R 4; Исследуемая линия: | тестовая линия N‘1 Ф
Контроль защищенности информации от утечки эа счет ПЭМИН
Частота, МГц Век Ф<мые Носимые
Режим Пи, дБ Un, дБ Uc, & i Knj, дБ Uiui, мкВ C/ru, pa? Uiai, мкЕ C/ui, раз
► И в 37.5138 86.70 г * 86 700 1 63.52 11784 0029 1186.4 0.029
И в 75.0277 5530 55300 1 58.06 1178.4 0.029 1186.4 0029
п в 1125415 81 20 81.200 1 53.98 1178.4 0.029 1186.4 0029 4 1
й в 150 0554 68.80 68.800 2 52.04 43.7 0.918 109.6 0.366 J •
и в 187 5692 76.70 76.700 2 49.54 43.7 0918 1096 0.366
и в 225.0831 74.40 74.400 2 47 96 43.7 0918 109.6 0366
В в 262.5969 68.20 68.200 3 46.85 57.8 0265 129.2 0 118
И в 300.1108 55.90 55 900 3 46.02 57.8 0.265 129.2 0118 4 j j i
Т ! В LgJ Lgj К
[Расчеты завершены
Рис. 12.19. Вид главного окна программы «СМО-ПРИЗ 1.1» при расчете
защищенности информации на объекте информатизации применительно к
линиям наводок
На этом расчет показателей защищенности завершается, и опера-
тору остается лишь распечатать отчет с результатами испытаний.
Задача № 3. Оценка эффективности
принятых мер защиты информации
На объектах информатизации, оборудованных системой активной
защиты (САЗ), съему информации помимо естественных шумов пре-
пятствует активная помеха, формируемая генератором шума. С учетом
этого при расчете показателей защищенности информации необходимо
учитывать:
• интенсивность шума, формируемого системой САЗ;
• коэффициент качества генерируемого шума;
• взаимное расположение антенны генератора шума и защищаемой
ПЭВМ.
Нормальное функционирование системы САЗ предполагает, что ин-
тенсивность создаваемых ею помех в точках возможного размещения
средств разведки существенно превосходит уровень естественных шу-
мов, поэтому при анализе защищенности информации принимается во
внимание лишь шум, создаваемый системой САЗ, а последовательность
испытаний дополняется этапом измерения характеристик этого шума.
Первые 6 этапов аттестации объектов, оборудованных системой
САЗ, не отличаются от аналогичных этапов решения задачи № 2, по-
этому рассмотрим лишь заключительные этапы решения задачи № 3,
которые приведены в табл. 12.3.
594
Глава 12
Таблица 12.3
Заключительные этапы решения задачи № 3 оценки эффективности
принятых мер защиты информации
Наименование этапа Основные результаты Особенности использования полученных результатов
7. Измерение ин- тенсивности шу- ма, формируемо- го системой САЗ в разных линиях утечки 8. Измерение коэффициентов затухания шу- ма САЗ в разных линиях 9. Расчет показа- телей защищен- ности информа- ции Напряженносгь по- ля или наведенное шумовое напряже- ние для задаваемой оператором сетки контрольных частот Выполняется анало- гично п. 4, 6 задачи № 2 Отношения сигнал- шум. наблюдаемые на границе контроли- руемой зоны Результаты измерений передаются в СМО-ПРИЗ где по ним определя- ют напряженность помех, на фоне которых действуют составляющие ПЭМИН Результаты измерения интенсив- ности сигналов вспомогательного генератора вблизи и вдали от ге- нератора шума передаются в СМО- ПРИЗ, где с учетом удаленности средств разведки производится расчет коэффициентов затухания шума Отображаются в колонках табли- цы, отмеченных на рис. 12.20 сим- волами «G»-«H», и автоматически вносятся в отчет испыта» <ий
При проведении аттестационных испытаний измерения интенсив-
ности ПЭМИН и параметров САЗ приходится проводить на фоне много-
численных внешних электромагнитных помех. Это означает, чго при из-
мерении интенсивности шума, формируемого генератором шума САЗ,
измеряется интенсивность смеси этого шума с посторонними излуче-
ниями Как следствие, результаты измерений интенсивности шума на
частотах, занятых мощными радиовещательными станциями, почти на-
верняка будут иметь существенную погрешность
При выполнении этапа 7 данная особенность учитывается следу-
ющим образом. Вместо выполнения замеров шума на всех смежных
участках оси частот в программе СМО-РАПИРА предусмотрено исполь-
зование разреженной сетки частот, параметры которой до измерений
задаются оператором. В окрестности каждой точки выбранной сет-
ки частот программа выполняет несколько независимых измерений на
разных частотных интервалах шириной около 1 МГц и отыскивает уча-
сток, где усредненная интенсивность наблюдаемого сигнала оказыва-
ется наименьшей. Такой подход позволяет с высокой вероятностью
минимизировать влияние внешней радиообстановки на результаты из-
мерений, а интенсивность шума САЗ на частотах, где измерений не про-
изводилось, будет аппроксимирована программой СМО-ПРИЗ (в пред-
положении, что на интервале в несколько мегагерц существенных из-
менений в интенсивности излучения генератора шума быть не долж-
но). В качестве дополнительной меры защиты результатов измерений
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 595
от влияния внешних помех программа СМО-РАПИРА позволяет операто-
ру визуально исследовать спектр радиоизлучений в окрестности любой
из точек измерения и убедиться, что существенных по уровню помех
в области измерений нет, в противном случае исключить неудачную
точку из процедуры измерения.
Поскольку генератор системы САЗ не требует какого-либо управ-
ления со стороны измерительной аппаратуры, а выполнение этапа 7
не предполагает измерений в удаленных точках, то использование ком-
плекта аппаратуры № 2 не дает никаких преимуществ, по отношению
к базовому комплекту аппаратуры № 1. В системе из двух взаимодей-
ствующих комплексов можно было бы добиться некоторого ускорения
измерений за счет проведения параллельных измерений для разных ли-
ний, однако текущий релиз программного обеспечения СМО-РАПИРА
таких возможностей пока не предоставляет. Таким образом, комплект-
ность аппаратуры на эффективность выполнения этапа 7 влияния не
оказывает
Выполнение этапа 8 отличается от этапов 4, 6 (из задачи № 2)
лишь тем, что измерение коэффициентов затухания производится не
в точках размещения составляющих ПЭМИ, а на частотах измерения
интенсивности шума САЗ.
Завершающий этап расчета показателей защищенности информа-
ции осуществляется программой СМО-ПРИЗ и подразумевает следую-
щие действия.
1. Получение результатов измерения интенсивности составляющих
ПЭМИ и параметров системы САЗ из программы СМО-РАПИРА.
2. Уточнение параметров тестовых сигналов и сведений о разме-
щении антенны генератора шума системы САЗ и о местах возможно-
го размещения средств разведки противника. Эти данные оператор
настраивает на формах «Параметры программы» и «Параметры режи-
мов тестирования СВТ».
3. Перерасчет коэффициентов затухания для сигналов ПЭМИН и
излучения системы САЗ, активизируемый оператором или стартующий
автоматически (в случае установки флага «Автоматический перерасчет
коэффициентов затухания»),
4. Расчет среднеквадратической интенсивности шума САЗ приме-
нительно к каждому из режимов тестирования и отношений сигнал/шум,
наблюдаемых на границе контролируемой зоны.
На рис. 12.20 представлен пример расчета программой СМО-ПРИЗ
отношения сигнал-шум на границе контролируемой зоны применитель-
но к случаю тестирования ПЭМИ монитора при совмещенном располо-
жении антенны генератора шума и защищаемого СВТ. В данном при-
мере ширина интервалов Д?, на которые разбивается при анализе ось
частот, составляет около 120 МГц, поэтому все отображаемые на ри-
сунке частотные позиции относятся к первому частотному интервалу.
596
Глава 12
-.д| х|
ОипказФФек! ивгй, и п мнят .х м-jp защиты > Формацш
jjj Исслеячвмгл линии I тэ м и
а*«1Р. действия Ног П<л>зд»
’ежиь- — Гадтсига МГц Магя "г ет, Ел, дБ Ес, дБ i Сглциен ipt-ые 6 СУММЫ0 Носимы»
Kpj. ДБ Etui, ‘OtP'W С/ш. раз Kpj, дБ Etui. нгЬ. и С/1Д. раз Kpj, дБ Eini, ыкВ/м С/ш, раз
► 375138 Г 67 74 41.60 67 ’29 1 65.11 785.4 0.007 69.37 785.4 С.005 63 52 7854 0.003
чЛ 7SH777 г- 4QM 1 S0 6S 7ESd ППП7 67 V 7Я5 Л 0.005 5806 Ж 4 0.008
OjOOS
!5.4
0.002
Д Параметры сггтемы активной защиты
,Ю5 5398
.001 52.04 /303.4
Дальов I Jpaa^a Рг-учн тестирования
□ d % С Исе вауе.ла- тинит Го И
Рис. 12.20. Вид окна «Параметры системы активной защиты» программы
СМО-ПРИЗ при оценке эффективности средств защиты информации на объекте
информатизации
0.002
0002
.001 49 >/530^.4
.001 40)5303.4
46.85 210SJ8 0.002
.001 46.02 210SJ8 0.002
Программа СМО-ПРИЗ, аппроксимируя сведения об излучении генера-
тора шума на интервал между точками измерений с поправкой на ра-
нее рассчитанные коэффициенты затухания, рассчитывает для интер-
вала Ai среднеквадратическую напряженность шума, пересчитанную к
границе контролируемой зоны. Напряженность шумового поля во всех
строках формы «Параметры системы активной защиты» одна и та же
из-за того, что все эти строки относятся к одному и тому частотному
интервалу. Рассчитывая отдельно суммарную мощность составляющих
ПЭМИ, принадлежащих тому же интервалу Д1( учитывая соответствую-
щие им коэффициенты затухания и сравнивая найденную таким образом
интенсивность сигнала с уже полученной среднеквадратической напря-
женностью шума, программа СМО-ПРИЗ оценивает отношение сигнал-
шум на границе контролируемой зоны с учетом работы системы САЗ.
Это значение отображается на главной форме программы (см. колонки
с заголовком «С/ш, раз») и характеризует защищенность информации
на объекте информатизации.
После расчета отношений сигнал/шум для всех частотных интер-
валов и всех линий утечки анализ защищенности информации оказы-
вается завершенным и оператору остается лишь распечатать отчет с
результатами испытаний.
Контроль защищенности информации от утечки по каналу ПЭМИН 597
12.7. Заключительные замечания
В главе рассмотрены особенности выявления информативных
ПЭМИ в технических средствах обработки информации. Приведены
описания двух алгоритмов поиска информативных составляющих: ти-
повой двухэтапный алгоритм и одноэтапный алгоритм ТОС совместного
обнаружения и проверки составляющих на информативность. Одно-
этапный алгоритм имеет лучшие показатели по временным затратам,
но для его реализации требуется аппаратура АРМ с высоким спек-
тральным разрешением.
Многофункциональный комплекс радиомониторинга АРК-Д1ТИ яв-
ляется современным средством радиоизмерений, позволяющим оце-
нивать защищенность информации от утечки по каналу ПЭМИН как с
использованием двухэтапного метода ТОР, гак и более быстродейству-
ющего метода ТОС. При этом для проведения сертификации средств
СВТ вполне допустимо использовать базовый комплект измерительной
аппаратуры, включающий лишь комплекс АРК-Д1ТИ с измерительны-
ми антеннами. При аттестации же объектов информатизации рекомен-
дуется использовать расширенные комплекты аппаратуры, так как вы-
полнение базовым комплектом некоторых измерений, например, опре-
деление коэффициентов затухания сигналов, сопряжено с большими
затратами времени. Комплекс АРК-Д1ТИ, оснащенный управляемым
при помощи беспроводной связи генератором сигналов АРК-ТТЗ, су-
щественно ускоряет проведение исследований за счет дистанционного
управления и автоматической перестройки генератора. За счет парал-
лельных измерений в ближней и дальней точках еще больше повыша-
ется точность и сокращается время определения коэффициентов зату-
хания при использовании комплекта из двух связанных беспроводной
сетью комплексов АРК-Д1ТИ.
Программное обеспечение комплекса включает программу реги-
страции и анализа побочного излучения радиоэлектронной аппаратуры
СМО-РАПИРА и специализированную программу расчета информацион-
ной защищенности СМО-ПРИЗ. Программа СМО-РАПИРА обеспечивает
обнаружение компонент ПЭМИН проверяемого оборудования, автома-
тическое выявление информативных составляющих излучений, измере-
ние их интенсивности и оценку многих необходимых для выполнения
дальнейших расчетов показателей электромагнитной обстановки. Про-
грамма СМО-ПРИЗ позволяет выполнять расчеты радиуса контролируе-
мой зоны для средств вычислительной техники, показателей защищен
ности информации от утечки по каналам ПЭМИН и оценки эффективно-
сти принятых мер защиты информации. Программа СМО-ПРИЗ серти-
фицирована, прошла апробацию и полностью соответствует требовани-
ям нормативно-методических документов 2005 года.
Заключение
Уважаемый читатель! В книге помещена теоретическая, практи-
ческая и справочная информация учебного и прикладного характера,
которая, по мнению авторов, окажется полезной как специалистам го-
сударственных и коммерческих организаций, занимающихся вопросами
автоматизированного радиомониторинга и защитой информации, так и
студентам и курсантам высших учебных заведений, связанных с радио-
техникой.
Мы, авторы этой книги, старались рассмотреть как теоретические
вопросы построения средств АРМ, так и конкретные образцы аппара-
туры и программного обеспечения. Поскольку авторы принимали и
принимают непосредственное активное участие в разработке и выпус-
ке аппаратуры компании ИРКОС и в силу этого хорошо представляют
ее особенности, изложение велось на примерах средств, производи-
мых этой компанией.
Надеемся, что после прочтения книги вы стали глубже разбираться
в особенностях задач, решаемых современными системами АРМ. Те-
перь вы можете точнее оценить технические характеристики средств и
систем радиомониторинга, поскольку ознакомились с математически-
ми методами, лежащими в основе их работы, представляете постро-
ение аппаратуры и функционирование программного обеспечения при
решении типовых и специальных задач АРМ, особенности конструкции
цифровых радиоприемных устройств, средств радиопеленгации и лока-
лизации технических каналов утечки информации, а также специаль-
ных исследований ПЭМИН.
Авторы выражают свою искреннюю благодарность коллегам — со-
трудникам компании ИРКОС, без помощи которых эта книга вряд ли
вышла бы в свет. Именно их знания, многолетний опыт разработки
систем и средств АРМ подтверждают большой потенциал российских
специалистов. Об этом свидетельствует и тот факт, что технические
решения, используемые в системах и средствах АРМ, защищены патен-
тами Российской Федерации на способы и устройства, подтверждены
актами о внедрении и актами независимой научно-технической экспер-
тизы, внедрены в современные радиотехнические системы и отмечены
многими наградами, в том числе пятью золотыми медалями «Гаран-
тия качества и безопасности» конкурса «Национальная безопасность» в
2001-2005 годах, шестью медалями первой степени Форума «Техноло-
гии безопасности» в 2002-2005 годах.
На основе результатов наших исследований специалистами компа-
нии были подготовлены материалы по линии Рабочей группы 1С (Ра-
диоконтроль) МСЭ-Р, которые были представлены в качестве вкладов
Российской Федерации и опубликованы МСЭ-Р:
Заключение
599
Автоматизация местоопределения источников электромагнитного
излучения на объектах(1Ти-Р Document 1С/14-Е, 04.06.2008, Рабочая
группа 1С «Радиоконтроль»);
Локализация мобильной радиоконтрольной станцией источников
радиоизлучений в городских условиях с учетом результатов измере-
ний напряженности поля (ITU R Document 1С/15-Е, 04.06.2008, Рабо-
чая группа 1С «Радиоконтроль»);
ОВЧ и УВЧ (антенны) всенаправленного типа (ITU-R Doc. Chap3-
e_v1-06, 06 12.2007. Подгруппа РГ 1С по пересмотру Справочника МСЭ
по радиоконтролю).
Предложения всех трех вкладов нашли отражение в принятой в
июне 2008 г. новой версии главы 3 Справочника МСЭ по радиоконтро-
лю, которая должна быть опубликована МСЭ-Р в качестве дополнения
к Справочнику по радиоконтролю издания 2002 г.
Отдельную благодарность мы хотим выразить тем пользователям
аппаратуры, кто использовал ее как в мирных, так и в боевых усло-
виях, чьи мнения и оценки стимулировали проведение исследований и
разработок, помогали в выборе наиболее актуальных направлений.
Развитие техники идет очень быстро и те параметры технических
средств, которые сегодня кажутся высокими, через несколько лет будут
нормой для данной отрасли. Тем не менее задачи, решаемые средства-
ми АРМ, методы их решения, математические основы функционирова-
ния аппаратуры и способы ее построения, изложенные в данной книге,
по мнению авторов, более консервативны, чем развитие технологий, что
позволит использовать материалы книги и в последующих разработках
Список сокращений
АИМ — амплитудно-импульсная модуляция
AM — амплитудная модуляция
АМн — амплитудная манипуляция
АП — аппаратура потребителей
АР — антенная решетка
АРМ — аппаратура автоматизированного радиомониторинга
АС — абонентская станция
АС — анализатор спектра
АФМн — амплитудно-фазовая манипуляция
АФУ — антенно-фидерное устройство
АХ — амплитудная характеристика
АЦП — аналого-цифровой преобразователь
АЧХ — амплитудно-частотная характеристика
АЭ — антенный элемент
БД — база данных
БПО — блок приема и обработки
БПФ — быстрое преобразование Фурье
БПЧ — блок преобразователей частоты
БС — базовая станция
ВИП — вторичный источник питания
ГИС — геоинформационная система
ГС — генератор сигналов
ДАМ — динамическая AM
ДВ — длинные волны
ДН — диаграмма направленности
ДОФТ — 2-кратная относительная фазовая телеграфия
ДПФ — дискретное преобразование Фурье
ДФТ — 2-кратная фазовая телеграфии
ЖК — жидкокристиллический
ИБП — импульсный блок питания
ИРИ — источник радиоизлучения
ИС — интермодуляционная составляющия
КА — космический аппарат
КАМ — квадратурная амплитудная модуляция
КАМн — квадратурная амплитудная манипуляция
КВ — короткие волны
КВЧ — крайне высокие частоты
КИИ — корреляционный интерферометрический измеритель
ККП — комплексный коэффициент передачи
КП — контролируемое помещение
КСВН — коэффициент стоячей волны по напряжению
ЛА — летательный аппарат
Список сокращений
601
МПУ — микропроцессорное управление
МСЭ — Международный союз электросвязи
МШУ —малошумящий усилитель
НМД — нормативно-методический документ
ОБПв — одна боковая (верхняя) полоса
ОБПн — одна боковая (нижняя) полоса
ОВЧ —очень высокие частоты
ОГ — опорный генератор
ОНЧ —очень низкие частоты
ОПС —опорный пространственный сигнал
ОСШ — отношение сигнал/шум
ОФМн — относительная фазовая манипуляция
ОФМн2 — относительная бинарная фазовая манипуляция
ПДУ —пульт дистанционно! о управления
ПО — программное обеспечение
ПП — пеленгационная пара
ППРЧ — программная перестройка рабочей частоты
ППФ — полосно-пропускающий фильтр
ПТА — панорамно-технический анализ
ПЧ — промежуточная частота
ПЭВМ — персональная вычислительная машина
ПЭМИ — побочные электромагнитные излучения
ПЭМИН — побочные электромагнитные излучения и наводки
РДС — разностно-дальномерная система
РПУ — радиоприемное устройство
РСА — распределенные случайные антенны
РЧС — радиочастотный спектр
РЭО — радиоэлектронная обстановка
РЭС — радиоэлектронное средство
САЗ — система активного зашумления
СВ — средние волны
СВТ — средства вычислительной техники
СВЧ — сверхвысокие частоты
СДРМ — система дистанционного радиомониторинга
СКО — среднеквадратическое отклонение
СМО — специальное математическое обеспечение
СПД — спектральные и пеленгационные данные
СРНС — спутниковая радионавигационная система
ССА — сосредоточенная случайная антенна
СТ — стабилизатор
ТКУИ — технический канал утечки информации
ТТХ — тактике-техническая характеристика
УВЧ — ультравысокие частоты
УРЧ — усилитель радиочастоты
ФВ — фазовращатель
ФВЧ — фильтр верхних частот
ФИМ — фазоимпульсная модуляция
ФМ — фазовая модуляция
602
Список сокращений
ФМн — фазовая манипуляция
ФП — фильтр питания
ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь
ЦО — цифровая обработка
ЦОС — цифровая обработка сигналов
ЦП — центральный пост
ЦРПУ — цифровое радиоприемное устройство
ЧВД — частотно-временная диаграмма
ЧМ — частотная модуляция
ЧМн — частотная манипуляция
ЧП — частотная позиция
ШИМ — широтно-импульсная модуляция
ЭБГ — электробензогенератор
ЭЛТ — электронно-лучевая трубка
ЭМВ — электромагнитная волна
ЭМД — электромагнитная доступность
ЭМП — электромагнитное поле
ЭМС — электромагнитная совместимость
ALE — Automatic Link Establishment, адаптивный выбор наилучшей
рабочей частоты
AM — Angle Modulation, угловая модуляция
APSK — Amplitude-phase shift keying, амплитудно-фазовая манипуля-
ция
ARI — Autofahrer Rundfunk Information, система передачи дорожной
информации
ARQ — Auto ReQuest, автоматический перезапрос сообщения
ASK — Amplitude Shift Keying, двухуровневая манипуляция
BPSK — Binary PSK, бинарная фазовая манипуляция
BWLL — Broadband Wireless Local Loop, широкополосный фиксиро-
ванный доступ
СВ — Citizen's Band, диапазон для личной радиосвязи
CDCS — Continuous Dynamic Channel Selection, непрерывный дина-
мический выбор канала
CDMA — Code Division Multiple Access, многостанционный доступ с
кодовым разделением
СЕРТ — Европейская конференция администраций почт и связи
COFDM — Coded Orthonal Frequency Division Multipiecing, ортогональ-
ное частотное разделение каналов с кодированием
CPFSK — Continuous phase FSK, частотная манипуляция без разрыва
фазы
CRC — Cyclic Redundance Check, циклический контроль по четности
DARC — Data Radio Channel система, высокоскоростная передача дан-
ных
DECT — Digital Enhanced Cordless Telecommunications, стандарт бес-
проводных телефонов
DPRS — DECT Packet Radio Services
DPSK — Differential PSK, разностная манипуляция
DRM — Digital Radio Mondiale, всемирное цифровое радио
Список сокращений
603
DSB — double sideband AM, двухполосная AM
DSBSC — double sideband suppressed carrier, двухполосная AM с по-
давленной несущей
DSSS — Direct Sequence Spread Spectrum, расширение спектра ме-
тодом прямой последовательности
DVB-T — Digital Video Broadcasting, европейский стандарт цифрового
наземного телевидения
EBU — European Broacasting Union, Европейский союз вещания
EDGE — Enhanced Data rates for Global Evolution
EHF — extremely high frequency, крайне высокие частоты
ETSI — European Telecommunication Standards Institute, Европейский
институт телекоммуникационных стандартов
FDMA — Frequency Sivision Multiple Access, многостанционный доступ
с частотным разделением
FEC — Forward Error Correction, код, исправляющий ошибки
FFSK — Fast FSK, быстрая ЧМн
FFT — fast Fourier transform, быстрое преобразование Фурье
FH — Frequency Hopping, автоматическая перестройка по частоте
FM — Frequency manipulation, частотная модуляция
FSK — Frequency Shift Keying, частотная манипуляция
GFSK — Gaussian FSK, гауссовская ЧМн
GPRS — General Packet Radio Service, пакет дополнительных времен-
ных слотов
GPS — Global Positioning System, глобальная система позициониро-
вания
GSM — Global system for Mobile communications, стандарт сотовой
связи
HF — high frequency, высокая частота
HiperUKN— High Perfomance Local Area Network, высокопроизводитель-
ные беспроводные сетей
ICAO — Междунарожная организация гражданской авиации
IEEE — Institute of Electrical and Electronic Engineers, Американский
институт инженеров электротехники и электроники
IF — Intermediate Frequency, промежуточная частота
IFM — instantaneous frequency measurement, измерение мгновен-
ной частоты
IP — interception point, точка пересечения
ISSB — Independent Single Sideband, AM с двумя независимыми бо-
ковыми полосами
ITA2 — International Teleprinter Alphabet, международный алфавит
телетайпа
LF — low frequency, низкая частота
LMSK — ЧМн с минимальным сдвигом и с регулированием уровня
LO — local oscillator, местный генератор
LSB — Lower Sideband, нижняя боковая полоса
MASK — Multiple ASK, для многоуровневой манипуляции
MF — medium frequency, средние частоты
MFSK — Multiple FSK, многопозиционная частотная манипуляция
604
Список сокращений
MMDS — Multichannel Multipoint Distribution Systems, система распре-
деления программ телевидения
MSK — Minimum Shift Keying, манипуляция с минимальным частот-
ным сдвигом
MUSIC — Multiple Signal Classification
NB — Normal Burst, нормальный временнбй интервал
NFM — Narrow Frequency Modulation, узкополосная ЧМ
NICAM — Near Instantaneous Companded Audio Multiplex, система сте-
реопередачи звукового сопровождения телевидения
OBW — occupied bandwidth, ширина занимаемой полосы частот
OFDM — Orthogonal Frequency Division Multiplexing, ортогональное ча-
стотное разделение каналов
ООК — On/Off Keying, включение и выключение несущей
OQPSK —- Offset QPSK, четырехфазная ФМн со сдвигом
PSK — Phase Shift Keying, фазовая манипуляция
QAM — Quadrature Amplitude Modulation, квадратурная амплитудная
модуляция
QASK — Quadrature Amplitude Shift Keying, квадратурная амплитуд-
ная манипуляция
QM — Quadrature Manipulation, квадратурная модуляция
QPSK — Quadrature PSK, квадратурная ФМн
RDS — Radio Data System, радиосистема передачи данных
RTTY — Radio Tele TYpe, радиотелетайп
SCA — Subcarrier Communication Allocation, система передачи до-
полнительной информации
SFH — Slow Frequency Hopping, медленные частотные скачки
SHF — super high frequency, сверхвысокие частоты
SQPSK — Staggered QPSK, ФМн4 с разнесением
SR — Selective Repeat, селективный повтор
SSBSC — Single Sideband Suppressed Carrier, однополосная AM с по-
давленной несущей
TCP/IP — Transport Control Protocol/lnternet Protocol, транспортный
протокол управления/Интернет-протокол
T-DAB — Terrestrial Digital Audio Broadcasting, наземное цифровое
аудиовещание
TDMA — Time Division Multiple Access, многостанционный доступ с
временном разделением
TOI — Third Order Intercept, пересечение третьего порядка
UHF — Ultra High Frequency, ультравысокие частоты
UMTS — Universal Mobile, Европейский вариант 3G сотовых сетей
USB — Upper Sideband, верхняя боковая полоса
VHF — very high frequency, очень высокие частоты
VLF — very low frequency, очень низкие частоты
VSB — Vestigal Sideband, AM с частично подавленной одной из бо-
ковых полос
VSWR — Voltage Standing Wave Ratio, коэффициент стоячей волны по
напряжению
WARC — World Administration Radio Comference, Всемирная админи-
стративная конференция по радиосвязи
Список сокращений
605
WCDMA — Wideband-CDMA
WFM — Wide Frequency Modulation, широкополосная ЧМ
WLAN — Wireless Local Area Network, локальная радиосеть переда-
чи данных
WMAN —Wireless Metropolitan Area Network, городская радиосеть пе-
редачи данных
WPAN — Wireless Personal Area Network, персональная домашняя бес-
проводная сеть
WTSC — World Telecommunication Standards Comference, Всемирная
конференция по стандартам связи
Литература
1. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Автономные системы. —
М.: Наука, 1966. 580 с.
2. Андреев В.Д. Теория инерциальной навигации. Корректируемые систе-
мы. — М.: Наука, 1967. 648 с.
3. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. — СПб.: БХВ-
Петербург, 2001.
4. Антенны и устройства СВЧ: Проектирование фазированных антенных ре-
шеток / Д.И. Воскресенский, В.Л. Гостюхин, Р.А. Грановская и др.; Под ред.
Д.И Воскресенского. — М.: Радио и связь, 1981 — 431 с.
5. Аргамак И — приемник панорамный измерительный. Сертификат Госстан-
дарта России об утверждении типа средств измерений RU Е.35 018.А № 18189 от
04.07.2004, зарегистрирован в Государственном реестре средств измерений под
№ 27325-04.
6. Аргамак ИМ — приемник панорамный измерительный. Сертификат феде-
рального агентства по техническому регулированию и метрологии об утвержде-
нии типа средств измерений RU.E.35.018.A № 24225. зарегистрирован в Госу
дарственном реестре средств измерений под № 31954-06
7. АРК-Д1ТИ— многофункциональный портативный комплекс радиомонито-
ринга. Сертификат Госстандарта России об утверждении типа средств измере-
ний RU.E 35.018.А № 18190 от 04.07.2004, зарегистрирован в Государственном
реестре средств измерений под № 27326-04.
8. АРК-Д1ТИ — многофункциональный портативный комплекс радиомонито-
ринга и выявления технических каналов утечки информации. Сертификат ФСТЭК
№ 506/1 от 01.02.2005.
9. АРК-Д1ТР— приемник панорамный измерительный. Сертификат Госстан-
дарта РФ № 13618 от 03 12 2002, зарегистрирован в Государственном реестре
средств измерений под№ 23924-02.
10. АРК-КНВ4 — конвертер выносной со встроенной направленной антен-
ной системой Сертификат Госстандарта России об утверждении типа средств
измерений RU.E.33.018.A № 17735 от 04.06.2004, зарегистрирован в Государ-
ственном реестре средств измерений под № 26994-04.
11. Ашихмин А.В., Виноградов А.Д., Кондращенко В.Н., Рембовский А.М. Со-
временные корреляционно-интерферометрические измерители пеленга и напря-
женности электромагнитного поля //Специальная техника. Спец, выпуск. 2002. С.
7-19.
12. Ашихмин А.В., Виноградов А.Д., Рембовский А.М. Принципы повыше-
ния эффективности использования корреляционно интерферометрических ра-
диопеленгаторов в системах радиоконтроля // Ведомственные корпоративные
сети и системы. 2003. № 1.
13. Ашихмин А.В., Виноградов А.Д., Рембовский А.М. Принципы построения
современных радиопеленгаторов // Ведомственные корпоративные сети и систе-
мы. 2002. № 2.
14. Ашихмин А.В., Жуков А.А., Козьмин В.А., Стопкин В.М., Шадрин И.А.
Выявление источников электромагнитных волн в объектах с помощью мобиль-
ного комплекса радиоконтроля и пеленгования // Специальная техника. Спец,
выпуск. 2003. С. 42-50
Литература
607
15. Ашихмин А.В., Козьмин В. А., Рембовский А.М. Наземные мобильные
комплексы радиоконтроля и пеленгования // Специальная техника. Спец, выпуск.
2002. С. 30-41.
16. Ашихмин А В., Рембовский А.М. Выявление технических каналов утечки
информации: методы, структура и характеристики средств // Специальная тех-
ника. Спец, выпуск 2002 С. 42-48.
17. Ашихмин А.В., Рембовский А.М. Дистанционный радиомониторинг по-
мещений — методы и средства // Специальная техника. Спец, выпуск. 2003.
С. 52-59.
18 Ашихмин А.В. Рембовский А.М. Носимые пеленгаторы источников ра-
диоизлучений И Специальная техника. Спец, выпуск. 2003. С. 34-40.
19 Ашихмин А.В., Заенцев И.В., Козьмин В А , Крыжко И.Б. Интегрирован-
ная навигационная система для мобильных станций радиоконтроля // Специаль-
ная техника. 2008. № 5-6. С 34-45
20. Ашихмин А.В., Жуков А.А., Козьмин В.А., Шадрин И.А., Локализация ис-
точников радиоизлучения и измерение напряженности поля с помощью мобиль-
ной станции радиоконтроля // Специальная техника. Спец, выпуск. 2003. С. 9-18.
21. Ашихмин А.В., Каюков И В., Козьмин В А., Манелис В.Б. Анализатор
базовых станций GSM-сетей на базе панорамного измерительного приемника
АРГАМАК-ИМ Ц Специальная техника. 2008. № 1. С. 31-39.
22. Ашихмин А.В., Каюков И.В., Козьмин В.А., Манелис В.Б. Анализатор ба-
зовых станций CDMA сетей // Специальная техника. 2008. № 3-4. С. 16-26.
23. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Коровин А.Г., Рембовский А.М. Распре-
деленные системы радиомониторинга и пеленгования // Специальная техни-
ка. 2006. № 5. С. 38-53.
24. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Кочкин Д.Е., Чубов Е.А. Использование циф-
рового измерительного приемника АРГАМАК-ИМ для измерения напряженности
поля в мобильных станциях радиомониторинга // Специальная техника. 2006.
Np 3. С. 35-44.
25. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Рембовский Ю.А. Портативная система ра-
диомониторинга и определения местоположения источников радиоизлучения //
Специальная техника. 2005. № 2. С. 27-35.
26. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Рембовский A M., Сергиенко А.Р. Техниче-
ские характеристики и особенности построения автоматических радиопеленга-
торов семейства АРТИКУЛ // Спецтехника и связь. 2008. № 2. С. 26-35.
27. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Рембовский Ю.А. Управление аппарату-
рой и режимы работы портативной системы радиомониторинга и определения
местоположения источников радиоизлучения // Специальная техника. 2005. № 3.
С 42-48.
28. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Стопкин В.М., Токарев А.Б. Использова-
ние панорамного измерительного приемника АРК Д1ТР в мобильных станциях
радиомониторинга «Аргумент И» // Специальная техника. 2004. № 5. С. 38-49.
29. Ашихмин А.В., Козьмин В.А., Король Е.Л., Рембовский А.М., Сергиенко
А.Р. Особенности построения и технические характеристики панорамных изме-
рительных приемников семейства АРГАМАК // Спецтехника и связь. 2009. № 3.
С. 50-59.
608
Литература
30. Ашихмин А.В., Сергеев В.Б., Сергиенко А Р. Радиоприемные тракты ком-
плексов автоматизированного радиоконтроля: особенности, решения и перспек-
тивы // Специальная техника. Спец, выпуск. 2002. С. 57-64.
31. Ашихмин А.В., Сергиенко А.Р., Носимые средства автоматизированного
радиомониторинга // Специальная техника. 2004. № 4. С. 39-47.
32. Бакланов И.Г. Технологии измерений в современных телекоммуника-
циях. — М.: Эко-Трендз, 1997.
33. Бакулев П.А., Сосновский А.А. Радиолокационные и радионавигацион-
ные системы. — М.: Радио и связь, 1994. 293 с.
34. Баландин В.С., Головинский К.В., Дорофеев В.В., Куц В.А. Перспективы
развития приемных устройств систем радиоэлектронной борьбы // Зарубежная
радиоэлектроника. 1987. № 12. С. 78-92.
35. Баркан В.Ф., Жданов В.К. Радиоприемные устройства. — М.: Сов. радио,
1978 464 с.
36. Баскаков С.И Радиотехнические цепи и сигналы. — М.: Высшая школа
2003.
37. Баушев С.В., Передрий А.В. Разработка перспективных систем связи
вооруженных сил США и объединенных вооруженных сил НАТО // Зарубежная
радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 2000 № 7. С. 3-20.
38. Бегишев М.Р., Двоеглазова С.В., Козьмин В.А., Кочкин Д.Е., Савельев
С.И. Автоматизированный мониторинг интенсивности электромагнитного поля //
Специальная техника. 2007. № 2. С. 34-39.
39. Белавин О.В., Вентцель В.А., Ульянов В.С. Коротковолновые радиопе-
ленгаторы. — М.: Оборонгиз, 1959.
40. Белавин О.В., Зерова М.В. Современные средства радионавигации. —
М.: Сов. радио, 1978.
41. Беленков О. Перенос приложений с Windows на Linux // Открытые систе-
мы. 7 августа 2000.
42. Беляков А.Л., Быковников В. В., Трембачев А.В. Аппаратура и программ-
ное обеспечение для автоматизированного технического анализа радиосигналов
// Специальная техника. Спец, выпуск. 2003. С. 20-26.
43. Беляков А.Л., Гладких А.В. Источники питания аппаратуры радиоконтро
ля // Специальная техника. 2002. № 3. С. 51-57.
44. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. — М.:
Мир, 1989. 448 с.
45. Богданович Б.М. Нелинейные искажения в приемно-усилительных уст-
ройствах. — М.: Связь, 1980. 280 с.
46. Брейсуэлл Р. Преобразование Хартли. — М.: Мир, 1990. 175 с.
47. Бурмин В.А., Быковников В.В., Новиков А.В., Тупота В.И. Применение
программно-аппаратного комплекса АРК-Д1ТИ для решения задачи оценки ин-
формационной защищенности // Специальная техника. Спец, выпуск. 2003.
С. 60-64.
48. Бурмин В.А., Быковников В.В., Тупота В.И. Многофункциональный ком-
плекс контроля эффективности защиты информации // Специальная техника.
Спец, выпуск. 2002. С. 63-75.
49. Быструшкин К., Степаненко Л. Радио вокруг света //Салон Аудио Видео.
2004. № 12.
50. Серков В.П., Слюсарев П.В. Распространение радиоволн. —Л., 1973.
Литература
609
51. Фролов В.Ю., Погорелов А.А., Петров В.В. Расчет коэффициента стан-
дартного затухания ЭМ поля на основе модели затухания ЭМ-поля в свободном
пространстве // Защита информации. INSIDE. 2005. № 3. С. 82 85.
52. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка. — М.: Воениздат, 1975.
255 с.
53. Гадзиковский В.И. Теоретические основы цифровой обработки сигна-
лов. — М.: Радио и связь, 2004.
54. Генике А.А., Побединский Г.Г. Глобальная спутниковая система опреде-
ления местоположения GPS и ее применение в геодезии. — М.: Картгеоцентр-
Геодезиздат, 1999. 272 с.
55. Генри Б., Петит Р. Цифровая связь на КВ Ц Радиолюбитель. КВ и
УКВ. 1998. № 8. С. 15.
56. Генри Б., Петит Р. Цифровая связь на КВ // Радиолюбитель. КВ и
УКВ. 1998. № 9. С. 14.
57. Генри Б., Петит Р. Цифровая связь на КВ // Радиолюбитель. КВ и
УКВ. 1998. № 10. С. 12.
58. Глазнев А.А., Козьмин В.А., Литвинов Г.В., Шадрин И.А. Многостанцион-
ные системы радиоконтроля и определения местоположения источников радио-
излучения Ц Специальная техника. Спец, выпуск. 2002. С. 20-29.
59. Гольденберг Л.М. и др. Цифровая обработка сигналов: Справочник /
Л.М. Гольденберг, Б.Д. Матеюшкин, М.Н. Поляк. — М.: Радио и связь, 1985. 312 с.
60. ГОСТ 23611-79. Совместимость радиоэлектронных средств электромаг-
нитная. Термины и определения. — М: Издательство стандартов, 1995.
61. ГОСТ 50016-92. Совместимость радиоэлектронных средств электромаг-
нитная. Требования к ширине полосы радиочастот и внеполосным излучениям
радиопередатчиков. Методы измерений и контроля. — М: Издательство стандар-
тов, 1993.
62. ГОСТ Р 50657-94. Совместимость радиоэлектронных средств электро-
магнитная. Устройства радиопередающие всех категорий и назначений народ-
нохозяйственного применения. Требования к допустимым отклонениям частоты.
Методы измерений и контроля. — М.: Издательство стандартов, 1994.
63. ГОСТ Р51319-99. Приборы для измерения индустриальных радиопомех.
М.: Госстандарт России, 1999.
64. ГОСТ 20532-83. Радиопередатчики телевизионные I-V диапазонов. Ос-
новные параметры, технические требования и методы измерений.
65. ГОСТ 7845-92. Система вещательного телевидения. Основные пара-
метры. Методы измерений.
66. ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной по-
движной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы
измерений.
67. Г ригорьев В.А. Передача сигналов в зарубежных информационно-тех-
нических системах. — СПб: ВАС, 1995.
68. ГОСТ Р 51741-2001. Передатчики радиовещательные стационарные
диапазона ОВЧ. Основные параметры, технические требования и методы изме-
рений.
69. ГОСТ Р 52536-2006. Оборудование станций радиоконтроля автоматизи-
рованное. Технические требования и методы испытаний.
610
Литература
70. ГОСТ Р 50657-94. Устройства радиопередающие всех категорий и на-
значений народнохозяйственного применения. Требования к допустимым откло-
нениям частоты Методы измерений и контроля.
71. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. — М.: Эко-
Трендз, 1997.
72. Губарев В.В. Вероятностные модели: Справочник. В 2 ч. — Новосибирск:
Новосиб. электротехн. ин-т, 1992. 421 с.
73. Денисов В.П , Дубинин Д.В. Фазовые радиопеленгаторы. — Томск: Том-
ский государственный университет систем систем управления и радиоэлектро-
ники, 2002. 251 с.
74. Денисов И.А., Козьмин В.А., Рембовский Ю.А., Трембачев А.В. Носи-
мые миниатюрные комплексы радиомониторинга средней производительности
И Специальная техника. Спец, выпуск. 2003. С. 27-33.
75. Джонсон Д.Х. Применение методов спектрального оценивания к за-
дачам определения угловых координат источников излучения // ТИИЭР. 1982.
Т. 70, № 9. С. 126-139.
76. Дингес С.И. Мобильная связь: технология DECT. — М.: СОЛОН-Пресс,
2003.
77. Дрогалин В.В. и др. Алгоритмы оценивания угловых координат источ-
ников излучений, основанные на методах спектрального анализа // Зарубежная
радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. 1998. № 2. С. 3-17.
78. Дэвис Дж., Карр Дж. Карманный справочник радиоинженера. — М.: Из-
дательский дом «Додэка-XXI», 2002. — 544 с.
79. Ерохин Г.А., Чернышев О.В., Козырев Н.Д. и др. Антенно-фидерные
устройства и распространение радиоволн / Под ред. Г.А. Ерохина. — М.: Го-
рячая линия-Телеком, 2004.
80. Заездный А.М, Основы расчетов по статистической радиотехнике. —
М.: Связь, 1969. 447 с.
81. Защита от радиопомех. Под ред. Максимова М.В. — М.: Сов. радио,
1976. 496 с.
82. Игуменов С.А. Системы широкополосного фиксированного беспровод-
ного доступа (broadband WLL) // ТелеМультиМедиа, 2000. № 2.
83. Интегрированные инерциально-спутниковые системы навигации. Сбор-
ник статей и докладов. — Спб.: ГНЦ РФ ЦНИИ «Электроприбор», 2004. — 235 с.
84. Калинин А.И., Черенкова Е.Л. Распространение радиоволн и работа ра-
диолиний. Учебник для вузов связи. — М.: Связь, 1971. — 440 с.
85. Карташевский В.Г., Семенов С.Н., Фирстова Т.В. Сети подвижной свя-
зи. — М.: Эко-Трендз, 2001.
86. Каталог компании «ИРКОС». 2009.
87. Каюков И.В., Манелис В.Б. Сравнительный анализ различных методов
оценки частоты сигнала // Радиоэлектроника. Известия вузов. 2006. Т. 49, № 7.
С. 42-56.
88. Кизима С.В., Авдюшин А.С., Беспалов В.А., Козьмин В.А. Перспективная
автоматизированная система радиомониторинга // Специальная техника. 2007.
№ 5. С. 26-34.
89. Комплекс измерительный вычислительный контроля параметров поезд-
ной радиосвязи ИВК РАДИО. Сертификат об утверждении типа средств изме-
рений № 23203 от 16.03.2006.
Литература
611
90. Кондратьев В.С., Котов А.Ф., Марков Л.Н. Многопозиционные радиотех-
нические системы / под ред. В.В. Цветнова. — М.: Радио и связь, 1986.
91. Концепция развития системы радиоконтроля за излучениями радиоэлек-
тронных средств и высокочастотных устройств гражданского назначения в ЦФО.
ФГУП «Радиочастотный центр Центрального федерального округа», 2007. 45 с.
92. Кормен Т., Лейзерсон Ч., Ривест Р. Алгоритмы: построение и анализ. —
М.: МЦНМО, 2004. — 960 с.
93. Корпоративные системы спутниковой и КВ связи / Под ред. А.А. Смир-
нова. — М.: Эко-Трендз, 1997.
94. Кузнецов А.В. Нейросетевой алгоритм разделения классов телекомму-
никационных сигналов // Информационные технологии. 1999. № 7.
95. Кузнецов Ю.В., Баев А.Б. Методы измерения ПЭМИН: сравнительный
анализ // Конфидент. 2002. № 4-5. С. 54-57.
96. Кукес И.С., Старик М.Е. Основы радиопеленгации. — М.: Сов. радио,
1964.- 604 с.
97. Курганов А.Н., Павлюк А.П. Характеристики линейности измерительных
приемников / Труды НИИР. 2003.
98 Курганов Л.С., Шаров Э.Э. Техника измерения напряженности поля ра-
диоволн. — М.: Радио и связь, 1982. 128 с.
99. Кушнир С.В. Стереозвук в телевидении // Техника кино и телевидения.
2004. № 3.
100. Ламекин В.Ф. Модемная связь. — Росгов-на-Дону: Феникс, 1997.
101. Ламекин В.Ф. Сотовая связь. — Ростов-на-Дону: Феникс, 1997.
102. Ларин Е.А. Расчет дифракционного ослабления радиоволн на призем-
ных трассах над пересеченной и горной местностью // Электросвязь. 1997. № 1.
С. 17-20.
103. Левин Б.Р., Шинаков Ю.С. Совместно оптимальные алгоритмы обна
ружения сигналов и оценивания их параметров (обзор) // Радиотехника и элек-
троника. 1977. № 11. С. 2239-2256.
104. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем:
Учеб, пособие для вузов. — М.: Радио и связь, 1986. — 280 с.
105. Ли У.К. Техника подвижных систем связи / Пер. с англ, под ред.
И.М. Пышкина. — М.: Радио и связь, 1985. — 392 с.
106. Логинов Н.А. Актуальные вопросы радиоконтроля в Российской Феде-
рации. — М.: Радио и связь, 2000. — 240 с.
107. Макаров Н.В. Связь-Экспокомм-98 // Вестник Связи. 1998. № 6
108. Марпл мл. С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения:
Пер. с англ. — М.: Мир, 1990. — 584 с.
109. Медведев Е.М. Интегральные навигационные комплексы GPS/IML) //
ГеоПрофи. 2005. № 6. С. 52-55.
110. Мезин В.К. Автоматические радиопеленгаторы. — М.: Сов. радио,
1969. — 216 с.
111. Мотуз О. В. Побочные электромагнитные излучения: моменты истории
И Защита информации: Конфидент. 2001. № 1. С. 86-89.
112. Мусатов С.В., Белорусов Д. 12 вопросов о корректных измерениях по-
бочных электромагнитных излучений // Системы безопасности связи и телеком-
муникаций. 2000. № 36. С. 64-67.
113. Невдяев Л. Все о DECT // Сети. 2000. № 12.
612
Литература
114. Невдяев Л.М. Мобильная связь 3-го поколения. — М.: МЦНТИ, ООО
«Мобильные коммуникации», 2000.
115. Нормы ГКРЧ 17-99. Радиопередатчики всех категорий и назначений.
Требования на допустимые отклонения частоты. Методы измерений и контроля.
116. Нормы ГКРЧ 19-02. Нормы на ширину полосы радиочастот и внеполос-
ные излучения радиопередатчиков гражданского назначения.
117. Николаев В.И., Гремяченский С.С. Системы и средства сухопутной по-
движной связи. — Воронеж: ВГТУ, 2001. — 209 с.
118. Новиков А.Н., Бальшен Л.И., Козьмин В.А., Авдюшин А.С., Бегишев М.Р.
Мобильный автоматизированный измерительный комплекс контроля параметров
поездной радиосвязи ИВК-РАДИО // Специальная техника. 2006. № 6. С. 34-42.
119. Новый ГИС-инструментарий BAIKONUR GIS ToolKit, или Успешный старт
«Панорамы» с российского Байконура // PCWeek. 1998. № 4(128).
120. Присяжнюк С.П., Железняков А.В. Опыт применения инструментария
GIS ToolKit в отечественных разработках // Информационный бюллетень, ГИС
Ассоциация. 2001. № 3(30).
121. ОСТ 45.125-99. Передатчики радиовещательные ОВЧ диапазона, ра-
ботающие в режиме частотного уплотнения. Параметры, технические требова-
ния, методы измерения.
122. Мартынов В.А. Селихов Ю.И. Панорамные приемники и анализаторы
спектра / Под ред. Г.Д. Заварина. — М.: Сов. радио, 1980. — 352 с.
123. Панорамный измеритель напряженности поля АРГАМАК ИС. Федераль-
ное агенство по техническому регулированию и метрологии. Сертификат об ут-
верждении типа средства измерений № 33326/2 от 31.12.2008. Зарегистриро-
ван в Государственном реестре средств измерений под № 39139 08 и допущен
к применению в Российской Федерации.
124. Переверзев С.Б., Сергеев В.Б., Сергиенко А.Р. Средства панорамно-
го анализа радиочастотного спектра и измерения параметров радиосигналов //
ИНФОРМОСТ. Средства связи. 2003. № 3(27).
125. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. — М.: Ра-
дио и связь, 1987. 184 с.
126. Проблемы поиска сигналов системами радиоэлектронной борьбы //
Иностранная печать. Сер. TCP. 1998. № 9. С. 25-32.
127. Прокис Дж. Цифровая связь. — М.: Радио и связь, 2000.
128. Просеков О.В. Алгоритмы быстрого преобразования Фурье для нетра-
диционного числа точек // Труды седьмой международной конференции «При-
кладные технологии гидроакустики и гидрофизики». 8-10 июня 2004. Санкт-Пе-
тербург.
129. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сиг-
налов — М.: Мир, 1978. — 848 с.
130. Радиовещание и электроакустика. Под ред. Ю.А. Ковалгина. — М.: Ра-
дио и связь, 1999.
131. Разрешающая способность по частоте цифровых анализаторов спек-
тра / С.Е. Вдовин, В.Н. Волончук, И.Н. Зибров и др. // Радиотехника. 1990. № 1.
С. 41-44
132. Распространение УКВ в городах. Сб. статей / Науч. ред. Э.М. Квартир-
кин // ВИНИТИ. Итоги науки и техники. Сер. Радиотехника. 1992. Т. 42.
133. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. — М.: Радио и связь, 1998.
Литература
613
134. РД 45,193-2001. Оборудование станций радиоконтроля. Общие техни-
ческие требования. Минсвязь РФ. 2001.
135. РД 45.297-2002. Радиостанции сухопутной подвижной службы. Общие
технические требования.
136. РД 45.370-2003. Передатчики радиовещательные диапазона ОВЧ. Об-
щие технические требования.
137. Регламент радиосвязи Российской Федерации. — М.: 1999.
138. Ред Э Т. Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике: схе-
мы, блоки, 50-омная техника / Пер с нем. — М.: Мир, 1990.
139. Рембовский А.М. Автоматизированный радиоконтроль — задачи и сред-
ства Ц Специальная техника. 2002. С. 2-6.
140. Рембовский А.М. Аппаратура радиоконтроля от «ИРКОС» //Тез. докл.
Международной научно-практической конференции «Россия, XXI век, Антитер-
рор»; 9-10 ноября 2000. Москва. С. 355-360.
141. Рембовский А.М. Комплексное решение задач автоматизированного
радиомониторинга ограниченным составом средств // ИНФОРМОСТ. Средства
связи. 2003. № 5 (29).
142. Рембовский А.М. Комплексное решение задач радиомониторинга на
основе многофункциональной аппаратуры с двумя трактами приема-анализа //
Специальная техника. 2003. № 5.
143. Рембовский А.М. Повышение эффективности поисковых средств авто-
матизированного радиомониторинга // Специальная техника. 2003. № 4.
144. Рембовский А М., Ашихмин А.В., Богданов А.Ю., Переверзев С.Б. Сред
ства автоматизированного радиомониторинга ОТ «ИРКОС» на службе государ-
ственных антитеррористических структур // Материалы научно-технической кон-
ференции «Обеспечение эффективности антитеррористических действий в борь-
бе с международным терроризмом сегодня, Москва, 2005. С. 98-102.
145. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Наземные мобильные
станции автоматизированного радиомониторинга // ИНФОРМОСТ. 2003. № 6
(30). С. 29-35.
146. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Сергиенко А.Р. Новые перспективы
в развитии отечественных средств радиомониторинга и выявления технических
каналов утечки информации // Защита информации. Инсайд. 2005. № 2.
147. Рембовский А.М., Виноградов А.Д. Проблемные вопросы и технические
решения при аппаратно программной реализации современных корреляционных
интерферометров // Безопасность информационных технологий. 2002. № 2.
148. Рембовский А.М., Токарев А.Б. Автоматизированный радиомониторинг
на основе одноканальной и двухканальной обработки данных // Вестник МГТУ.
2004. № 3(56). С. 42-62.
149. ПОВТОР 159’!!!!!!!!’!!!!!!!
150. Рембовский А.М. Автоматизированный радиоконтроль и пеленгова-
ние излучений — задачи и средства // Успехи современной радиоэлектрони-
ки. 2003. № 6. С. 3-21.
151. Рембовский А.М. Автоматизированный радиоконтроль излучений — за-
дачи и оборудование // Мир и безопасность, 2001. № 6.
152. Рембовский А.М. Автоматизированный радиоконтроль излучений — за-
дачи и аппаратура // ВКСС. Connect! 2001 № 4.
614
Литература
153. Рембовский А.М. Автоматизированный радиоконтроль излучений — за-
дачи и средства // Специальная техника. Спец, выпуск. 2002. С. 2-6.
154. Рембовский А.М. Аппаратура выявления технических каналов утечки ин-
формации от компании «ИРКОС» // ИНФОРМОСТ. Средства связи. 2001. № 4(17).
155. Рембовский А М. Аппаратура радиоконтроля от «ИРКОС» // Междуна-
родная научно-практическая конференция «РОССИЯ, XXI век, АНТИТЕРРОР»; Тез.
докл. 9-10 ноября 2000 г., Москва, С. 355-360.
156. Рембовский А.М. Выявление технических каналов утечки информа-
ции — методы, структура и характеристики средств // Вестник МГТУ. Сер. При-
боростроение. 2003. № 3. С. 83-107.
157. Рембовский А.М. Задачи и структура средств автоматизированного ра-
диоконтроля // Специальная техника. Спец, выпуск. 2003. С. 2-7.
158. Рембовский А.М. Методы и средства выявления технических каналов
утечки информации // ВКСС. Connect!. 2001. № 6.
159. Рембовский А.М. Повышение эффективности поисковых средств авто-
матизированного радиомониторинга // Специальная техника. 2003. № 4.
С. 40-47.
160. Рембовский А.М. Предварительные итоги // Системы безопасности.
2001. № 41(5).
161. Рембовский А.М. Проблемы создания и синтеза радиоприемных уст-
ройств для систем автоматизированного радиоконтроля // Безопасность инфор-
мационных технологий. 2002. № 1. С. 68-78.
162. Рембовский А М., Ашихмин А.В., Сергиенко А.Р. Построение много-
функциональных систем радиомониторинга на основе семейства малогабарит-
ных цифровых радиоприемных устройств и модулей // Специальная техника.
2005. № 4.
163. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Сергиенко А.Р. Носимые средства
автоматизированного радиомониторинга // Специальная техника. 2004. № 4.
164. Рембовский Ю.А. Методика снижения систематической погрешности
алгоритма сверхразрешения MUSIC на основе учета направленных свойств эле-
ментов антенной решетки //Антенны. 2008. № 7-8 (134-135). С. 95-100.
165. Рембовский Ю.А. Разработка и исследование антенной системы мо-
бильного радиопеленгатора с повышенной чувствительностью и возможностью
приема волн с произвольной поляризацией // Антенны. 2008. № 7-8 (134-135).
С. 16-27.
166. Рембовский Ю.А., Соловьев И.О. Использование защищенных карман-
ных компьютеров для решения задач радиомониторинга на местности // Спе-
циальная техника. 2006. № 4. С. 31-35.
167. Репин В.Г., Тартаковский Г.П. Статистический синтез при априорной
неопределенности и адаптация информационных систем. — М.: Сов. радио, 1977.
432 с.
168. Рихтер С.Г. Цифровое радиовещание. — М.: Горячая линия-Телеком,
2004.
169. Роджерс Д. Алгоритмические основы машинной графики. — М.: Мир,
1989.
170. Родс Д.Р. Введение в моноимпульсную радиолокацию. — М.: Сов. ра-
дио, 1960. 160 с.
Литература
615
171. Савельев С.И., Двоеглазова С.В. Электромагнитные поля окружающей
среды. — Липецк, 2006. 160 с.
172. Савельев С.И., Двоеглазова С В., Бондарев В.А. Атлас электромагнит-
ной и акустической обстановки окружающей среды города Липецка // Под редак-
цией академика РАМН, профессора Г.Г. Онищенко. — Липецк, 2008. Вып. 1. 458 с.
173. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВЧ / Под ред. У.К. Джейк-
са: Пер. с англ, под ред. М.С. Ярлыкова, М.В. Чернякова. — М.: Связь, 1979. 520 с.
174. Севальнев Л.А. Эфирное вещание цифровых ТВ-программ со сжатием
данных // Теле-Спутник. 1998. № 10.
175. Сергеев В.Б. Сергиенко А.Р., Переверзев С.Б. Приемник панорамный
измерительный АРК-Д1ТР // Специальная техника. 2004. № 4.
176. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое при-
менение. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
177. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения. — М.: Горячая линия-
Телеком, 2001.
178. СМО-ПРИЗ — программа расчета параметров защищенности техниче-
ских средств обработки информации по требованиям безопасности информа-
ции. Сертификат ФСТЭК России № 1102 от 28.11.2005.
179. Соколов А.В., Андрианов В.И. Альтернатива сотовой связи: транкинго-
вые системы. — СПб.: БХВ-Петербург; Арлит, 2002.
180. Соловьев А.А. Пейджинговая связь. — М.: Эко-Трендз, 2000.
181. Способ измерения напряженности электромагнитного поля радиосиг-
налов и устройство для его осуществления: Патент 2184980 РФ, МКИЗ G 01 R
29/08 / А.В. Ашихмин, А.Д. Виноградов, Г.В. Литвинов, В.Н. Кондращенко, А.М.
Рембовский.
182. Способ обнаружения источников электромагнитного излучения в пре-
делах контролируемой зоны и устройство для его осуществления: Патент
2206101 РФ, МКИЗ Н 04 В 1/46 / А.В. Ашихмин, В.В. Быковников, А.Д. Вино-
градов, А.М. Рембовский.
183. Способ обнаружения радиомикрофона с передатчиком и устройство
для его осуществления: Патент 2099870 РФ, МКИЗ Н 04 В 1/46 /А.М. Рембов-
ский, А.В. Ашихмин.
184. Способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор: Па-
тент 2096797 РФ, МКИЗ G 01 S 3/74 / А.М, Рембовский, В.Н. Кондращенко.
185. Способ пеленгации радиосигналов и многоканальный пеленгатор: Па-
тент 2144200 РФ, МКИЗ G 01 S 3/14 / А.В. Ашихмин, А.Д. Виноградов, В.Н. Кон-
дращенко, А.М. Рембовский.
186. Способ пеленгации радиосигналов и пеленгатор для его осуществле-
ния: Патент 2201599 РФ, МКИЗ G 01 S 3/14 / А.В. Ашихмин, А.Д. Виноградов,
Г.В. Литвинов, В Н. Кондращенко, А.М. Рембовский.
187. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников
и инженеров). — М.: Наука, 1978, 832 с.
188. Справочник по радиоконтролю. МСЭ 2002. Женева. 2004. 584 с.
189 Справочник по радиоэлектронным системам / Под ред. Б.Х. Кривиц
кого. В 2-х т. Т. 2. — М.: Энергия, 1979. 368 с.
190. Справочник по управлению использованием спектра на национальном
уровне. МСЭ 2005. Женева. 2005. 329 с.
616
Литература
191. Справочник по компьютерным технологиям управления использовани-
ем радиочастотного спектра. МСЭ 2005. 160 с.
192. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовица и
И. Стиган. — М.: Наука, 1979 830 с.
193 Справочник сети телевизионного и звукового ОВЧ ЧМ вещания /
М.Г. Локшин и др. — М.: Радио и связь, 1988. 144 с.
194. Стандартизация функциональных и технических характеристик обору-
дования радиоконтроля / О.Б. Зубарев, Н А. Логинов, А.А. Александров. А.П Пав-
люк // Электросвязь. 1999. № 9.
195. Сухопутная подвижная радиосвязь. В 2 кн Кн. 1 Основы теории /
И.М. Пышкин, И.И. Дежурный, Р.Т. Пантикян и др.: Под ред. В.С. Семенихина
и И М Пышкина — М.: Радио и связь, 1990. 432 с.
196. Технические средства разведки / Под ред. В.И. Мухина. — М.; РВСН,
1992.
197. Токарев А. Б., Ашихмин А. В., Козьмин В. А Выявление ППРЧ-сигналов
широкополосными системами радиомониторинга // Телекоммуникации. 2006.
№ 2. С. 2-7.
198. Трифонов А.П., Шинаков Ю.С. Совместное различение сигналов и оцен-
ка их параметров на фоне помех. — М.: Радио и связь, 1986. 264 с.
199. Тупота В.И., Козьмин В.А., Переверзев С Б., Петигин А.ф , Токарев А Б.
Автоматизация исследования защищенности информации от утечки по каналу
ПЭМИН И Специальная техника. 2007 № 3. С. 36-48.
200. Тупота В.И., Козьмин В.А., Токарев А.Б. Применение многофункцио-
нального комплекса АРК-Д1ТИ для оценивания защищенности информации от
утечки по каналу ПЭМИН // Специальная техника. 2006. № 2.
201. Тяпичев Г.А. Компьютер на любительской радиостанции. — СПб.: БХВ-
Петербург, 2002.
202. Уидроу Б.} Стирнз С. Адаптивная обработка сигналов Пер с англ. —
М.: Радио и связь, 1989. 440 с.
203. Фейнберг Е.Л Распространение радиоволн вдоль земной поверхно-
сти. — М.: Наука. Физматлит, 1999. 496 с.
204. Хорев А.А. Защита информации от утечки по техническим каналам.
Ч. 1. Технические каналы утечки информации Учебное пособие. — М : Госте-
хкомиссия Росси, 1998.
205. Хорев А.А. Классификация и характеристика технических каналов утеч-
ки информации, обрабатываемой ТСПИ и передаваемой по каналам связи Ц
Специальная техника 1998. № 2. С. 41-46.
206. Хорев А.А. Комплексы радиокон гроля для выявления электронных уст-
ройств перехвата информации // Специальная техника. 2003. № 1. С. 33-40.
207. Хорев А.А. Методы и средства поиска электронных устройств перехвата
информации. — М.: МО РФ, 1998. — 224 с.
208. Хорев А.А Способы и средства защиты информации. — М.: МО РФ,
1998. — 316 с.
209. Царьков Н.М. Многоканальные радиолокационные измерители. — М.:
Сов. радио, 1980 190 с
210. Цифровые радиоприемные системы: Справочник/ М.И. Жодзишский,
Р.Б. Мазепа, Е.П. Овсянников и др. / Под ред. М.И. Жодзишского. — М.: Ра-
дио и связь, 1990. — 208 с.
Литература
617
211. Черенкова Е.Л., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. Учебник
для вузов связи. — М.: Радио и связь, 1984.
212. Шахнович И. Современные технологии беспроводной связи — М : Тех-
носфера, 2004.
213 Шевель Д М, Электромагнитная безопасность. — Киев: Векь, НТИ,
2002. — 432 с.
214. Шиллер И Мобильные коммуникации. — М.: Издательский дом «Ви-
льямс», 2002.
215. Ширман Я.Д. Разрешение и сжатие сигналов. — М.: Сов. радио, 1974 —
360 с.
216. Agilent Vector Signal Analysis Basics. Application Note 150-15. 5989
1121EN.
217. Andersson R. The possibilities of using DARC/SWIFT for datacasting Mon-
treux International Radio Symposium 1998.
218. Apostolyuk V., Theory and design of micromechanical vibratory gyroscopes
// MEMS/NEMS Handbook, Springer, 2006, Vol.1, pp. 173-195.
219. CCIR. Report 715-2, Propagation by difraction. — Recommendation and
reports, XVII Plenary assembly, Dusseldorf, 1990.
220. CENELEC EN 50067 (April 1998). Specification of the radio data system
(RDS) for VHF/FM sound broadcasting in the frequency range from 87,5 to 108,0 MHz.
221. Coskren D., Easterly T., Polutchko R., Draper Laboratory. Low-Cost GPS/
INS Guidance for Navy Munitions Launches. GPS World, September 2005.
222. Deiise, G.Y., Propagation Loss Prediction: A Comparative Study with Ap-
plication to the Mobile Radio Channel // IEEE Trans. Vehic TechnoL, 1985. vol.
VT-34, no. 2, pp. 86-95.
223. European digital cellular telecommunications system (Phase 2+); GSM. Re-
lease 1999.
224. ETSI EN 300 163 v1.2 1 (1998-03). Television systems; NICAM 728: trans-
mission of two-channel digital sound with terrestrial television systems B, G, H, I, K1
and L
225. ETSI EN 300 392-2 V2.3.2 (2001-03) Terrestrial Trunked Radio (TETRA);
Voice plus Data (V+D); Part 2: Air Interface (Al).
226. ETSI EN 300 401 v1.3.3 (2001-05). Radio Broadcasting Systems; Digital
Audio Broadcasting (DAB) to mobile, portable and fixed receivers.
227. ETSI EN 300 744 v1.4.1 (2001-01) Digital Video Broadcasting (DVB); Fram-
ing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television
228. ETSI ES 201 980 v 2.2.1 (2005-10). Digital Radio Mondiale (DRM). System
Specification.
229. Global Position Systems, Inertial Navigation, and Integration. Mohinder S.
Grewal, Lawrence R. Weill, Angus P. Andrews 2001 John Wiley & Sons, Inc. 392 p
230. Hata M. Empirical formula for propagation loss in land mobile radio service
// IEEE Trans. Veh. Technol., 1980, v VT-29. no. 3, p 317-325.
231. Introduction into Theory of Direction Finding. Radiomonitoring and Radiola
cation 2000/2001». Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG Editor- Gerhard Kratschmer,
HW-UKD, pp. 85-101
232. Johnson R. L., Miner G E. Comparison of superresolution algorithms loi
radio direction finding // IEEE Trans. Aerosp. and Electron. Syst. V. 22, № 4. 1986. pp
432-442.
618
Литература
233. Mobasseri B.G. Digital modulation classification using constellation shape.
// Signal Processing, v.80, 2000.
234. Nasiri S., A Critical Review of MEMS Gyroscopes Technology and Commer-
cialization Status, White Paper, InvenSense, ca. 2005.
235. Okamura, J. et. al., Field Streingh and its Variability in VHF and UHF Land
Mobile Radio Servies// Rev. Inst. Elec. Eng., 1968. vol. 16, no. 9-10, pp. 825-873.
236. Radio Data Code Manual. — Kiingenfuss Publication, 2003.
237. Raucher Ch., Janssen V., Minihold R. Fundamentals of spectrum analy-
sis. Rohde & Shwarz. Munchen. 2001.
238. Recommendation ITU-R SM.1138. Determination of necessary bandwidth
including examples for their calculation and associated examples for the designation of
emissions.
239. Recommendation ITU-R SM.1269. Classification of direction finding bear-
ings.
240. Recommendation ITU-R SM.1270. Additional information for monitoring pur-
poses related to classification and designation of emission.
241. Recommendation ITU-R SM.1392-1. Essential requirements for a spectrum
monitoring station for developing countries.
242. Recommendation ITU-R SM.182-4. Automatic monitoring of occupancy of
the radio-frequency spectrum.
243. Recommendation ITU-R SM.328-10. Spectra and bandwidth of emissions.
244. Recommendation ITU-R SM.377-3.Accuracy of frequency measurements
at stations for international monitoring.
245. Recommendation ITU-R SM.378-6. Field-strength measurements at moni-
toring stations.
246. Recommendation ITU-R SM 443-2. Bandwidth measurement at monitoring
stations.
247. Recommendation ITU-R SM.854. Direction finding at monitoring stations
of signals below 30 MHz.
248. Recommendation ITU-R BS 643. System for automatic tuning and other
applications in FM radio receivers for use with the pilot-tone system.
249. Recommendation IFU-R BS 1194. System for multiplexing frequency modu-
lation (FM) sound broadcasts with a sub-carner data channel having a relatively large
transmission capacity for stationary and mobile reception.
250. Recommendation ITU-R SM.328. Spectra and bandwidth of emissions.
251. Recommendation ITU-R SM.377. Accuracy of frequency measurements at
stations for international monitoring.
252. Recommendation ITU-R SM.378. Field-strength measurements at monitor-
ing stations.
253. Recommendation ITU-R SM.443. Bandwidth measurement at monitoring
stations.
254. Recommendation ITU-R SM.1045. Frequency tolerance of transmitters.
255. Recommendation ITU-R SM.1138. Determination of necessary bandwidths
including examples for their calculation and associated examples for the designation of
emissions.
256. Recommendation ITU-R SM 1268. Method of measuring the maximum fre-
quency deviation of FM broadcast emissions at monitoring stations.
Литература
619
257. Recommendation ITU-R SM.1537. Automation and integration of spectrum
monitoring systems with automated spectrum management.
258. Smith C. Practical Cellular and PCS Design. —New York: McGraw-Hill, 1998.
Оглавление
Предисловие......................................... 3
Введение............................................ 6
Глава 1. Задачи, классификация и структура средств автома-
тизированного радиомониторинга........................... 10
1.1. Классификация средств радиомониторинга............ 11
1.2. Принципы построения аппаратуры радиомониторинга... 15
1.3. Требования к техническим характеристикам средств радио-
мониторинга............................................ 18
1 4. Характеристика семейств средств радиомониторинга.. 21
1.5. Заключительные замечания.......................... 26
Глава 2. Радиоприемные устройства для задач радиомонито-
ринга ................................................... 28
2.1. Приемник прямого усиления......................... 29
2.2. Основные характеристики радиоприемных устройств... 33
2.3. Особенности цифровых радиоприемных устройств...... 64
2.4. Развитие радиоприемных устройств компании ИРКОС... 68
2.5. Цифровое радиоприемное устройство АРК-ЦТ1......... 73
2.6. Цифровой панорамный измерительный приемник АРК-Д1ТР 80
2.7. Цифровое радиоприемное устройство АРК-ЦТЗ......... 83
2.8. Цифровое радиоприемное устройство АРК-ПР5 «Аргамак».. 87
2.9. Выносной дистанционно управляемый конвертер АРК-КНВ4 96
2.10. Панорамные измерительные приемники семейства
«Аргамак»............................................... 99
2.11. Заключительные замечания......................... 104
Глава 3. Одноканальное и двухканальное обнаружение радио-
сигналов ............................................... 106
3.1. Одноканальное обнаружение сигналов............... 108
3.2. Характеристики одноканального обнаружения узкополосно-
го радиосигнала....................................... 117
3.3. Одноканальное обнаружение радиосигналов с ППРЧ.... 119
3.4. Двухканальное обнаружение узкополосных радиосигналов.. 128
3.5. Сравнение одноканальной и двухканальной обработки. 131
3.6. Заключительные замечания......................... 132
Глава 4. Многоканальные цифровые радиоприемные устрой-
ства ................................................... 133
4.1. Многоканальные панорамные радиоприемные устройства.. 135
Оглавление
621
4.2. Пакет специального математического обеспечения
СМО-РД4................................................ 140
4.3. Заключительные замечания.......................... 143
Глава 5. Виды модуляции и сигналов в современных РЭС .... 144
5.1. Административное деление спектра частот........... 144
5.2. Модуляция в системах радиовещания и связи......... 148
5.3. Сигналы современных радиоэлектронных средств...... 165
5.4. Сигналы радиоэлектронных средств УКВ диапазона..... 172
5.5. Структура GSM сигнала............................. 191
5.6. Структура CDMA сигнала............................ 192
5.7. Международная система обозначения радиосигналов.... 195
5.8. Международное распределение диапазонов частот...... 200
5.9. Заключительные замечания.......................... 203
Глава 6. Измерения параметров радиосигналов.............. 204
6.1. Нормативные требования и допустимые погрешности изме-
рений.................................................. 204
6.2. Измерение частоты................................. 208
6.3. Определение вида модуляции, измерение ее параметров .. 215
6.4. Измерение напряженности электромагнитного поля..... 221
6.5. Программа СМО-СТА для автоматизированного анализа ра-
диосигналов ........................................... 240
6.6. Автоматический технический анализ радиосигналов.... 253
6.7. Автоматический анализ сигналов в программе СМО-РД2 ... 266
6.8 Анализатор параметров базовых станций стандарта GSM .. 268
6.9. Анализатор параметров базовых станций стандарта CDMA. 281
6.10. Заключительные замечания.......................... 292
Глава 7. Пеленгование источников радиоизлучения.......... 294
7.1. История техники пеленгования...................... 295
7.2. Структурная схема и характеристики радиопеленгаторов... 298
7.3. Основные технические характеристики радиопеленгаторов. 300
7.4. Классификация методов пеленгования................ 307
7.5. Системы на основе вращающейся направленной антенны .. 309
7.6. Ручной радиопеленгатор АРК-РПЗ.................... 312
7.7. Ручной радиопеленгатор АРК-РП4.................... 316
7.8. Автоматический радиокомпас........................ 318
7.9. Автоматический радиопеленгатор с малой антенной базой . 320
7.10. Доплеровский и квазидоплеровский пеленгаторы...... 324
Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru
Научное издание
Рембовский Анатолий Маркович
Ашихмин Александр Владимирович
Козьмин Владимир Алексеевич
Радиомониторинг: задачи, методы, средства
Редактирование Ю.Н Чернышов
Верстка Ю.Н. Чернышов
Корректор С.П. Сергеева
Обложка художника В.Г. Ситникова
Подписано в печать 09.09.09. Формат 60x90/16.
Усл. печ. л. 39. Тираж 1000 экз. Изд № 6326
Заказ 5729.
Отпечатано с готового оригинал-макета в ООО НФ «Полиграфист»,
160001, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3.
Тел.: 8(817-2) 72-61-75; 8(817-2) 72-60-63.
1
Организатор: .
ufi
Вы Самая актуальная выставка отрасли
Беспрецедентное качество посетителей
Уникальная конференционная программа
-Ж..5
Контактная информация
тег.'+7495 937 68 61
факс:+7 495 937 68 62
e-maH:sst@feedexporu
Компания 'Защита ЭКСПО", Ассоциация российских банков, Ассоциация индустрии бе кн -.и н(илм
-.иажжкьиоаАСНОСТ!
350 компании
17сгран
20 000 участ“ников-профе
50 деловых мероприятий
150 СМИ
г- +
КРУПНЕЙШАЯ В РОССИИ, СТРАНАХ ।
И ВОСТОЧНОЙ ЕВРОПЫ ВЫСТАВКА
И БИЗНЕС-ФОРУМ
Reed Exhibitions?
ТЕМАТИЧЕСКИЕ ЭКСПОЗИЦИИ
Технические средства и системы безопасности
Инженерно-технические средства физической защиты
Безопасность информации и связи
Антитеррор
Транспортная безопасность
Пожарная безопасность
Охрана и безопасность труда
Экипировка, средства индивидуальной защиты
Радиоэлектроника, компоненты и системь безопасности
Услуги негосударственных структур безопасности
Рембовский
Анатолий Маркович
Ашихмин
Александр Владимирович
Козьмин
Владимир Алексеевич
Окончил Московский Энергети-
ческий институт по специаль-
ности «Радиотехника».
Доктор технических наук,
старший научный сотрудник,
заслуженный изобретатель
России (1986г.), лауреат премии
Совета Министров СССР (1990 г)
В прошлом - военный разра-
ботчик, руководитель ряда
НИОКР, полковник.
С 1992 года - генеральнь й
директор - главный конструктор
компании ЗАО «ИРКОС».
Окончил Воронежский
политехнический институт по
специальности «Радиотехника»,
Доктор технических наук.
С 1992 г - главный инженер
компании ЗАО «ИРКОС».
Руководитель работ в области
создания, совершенствования
и серийного производства
комплексов радиомониторинга.
Окончил Воронежский
политехнический институт по
специальности «Радиотехника»,
Кандидат технических наук,
доцент. С 1986 г. преподает в
Воронежском государственном
техническом унивеоситете на
радиотехническом факультете.
Директор по научной работе
компании ЗАО «ИРКОС»,
руководитель проектов по
созданию мобильных комплексов
радиомониторинга.
Технические решения, предложенные при создании системы средств радиомониторинга
под руководством и при участии авторов, защищены патентами Российской Федерации на
способы и устройства, подтверждены актами о внедрении и актами независимой научно-
технической экспертизы, внедрены в современные образцы технических средств и
отмечены следующими наградами:
- пять золотых медалей «ГАРАНТИЯ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ» конкурса
«Национальная безопасность» в 2001-2009 годах;
- шесть медалей первой степени Форума «Технологии безопасности» в 2002-2009 годах.
Сайт издательства:
www.techbook.ru
ISBN 978-5-9912-0107-0