Разработка комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости между негеостационарными системами спутниковой связи тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Кадыров, Тимур Данилович

• Кадыров, Тимур Данилович
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Кадыров, Тимур Данилович

Введение.

1. Условия совмещения между негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот. Постановка задачи исследований.

1.1. Анализ условий электромагнитной совместимости меяеду негеостационарными системами спутниковой связи, функционирующими в общих полосах частот.

1.2. Анализ особенностей функционирования НГСС, методов уменьшения помех и факторов, влияющих на их электромагнитную с овместимость.

1.2.1. Особенности функционирования НГСС и анализ методов уменьшения помех.

1.2.2. Анализ требований по помехоустойчивости радиолиний НГСС

1.2.3. Анализ факторов, оказывающих влияние на электромагнитную совместимость между НГСС. Основные ограничения и допущения.

1.3. Постановка задачи и методическая схема исследований.

1.3.1. Выбор показателя для оценки помех, создаваемых НГСС.

1.3.2. Выбор показателя для оценки необходимого частотного ресурса.

1.3.3. Смысловая и формализованная постановка задачи и методическая схема исследований.

2. Состав комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС. Модель функционирования НГСС. ^

2.1. Определение состава комплексной методики обоснования рациональных параметров НГСС для обеспечения ЭМС с другими НГСС.

2.2. Модель функционирования НГСС. ^

3. Разработка комплексной методики обоснования рациональных параметров негеостационарных спутниковых систем для обеспечения электромагнитной совместимости с другими негеостационарными сетями.

3.1. Методика оценки помех, создаваемых между РЭС различных НГСС.

3.1.1. Расчетные соотношения методики оценки помех от НГСС

3.1.1.1. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "космос-Земля".

3.1.1.2. Расчетные соотношения для оценки помех на линии "Земля-космос".

3.1.2. Формирование функции распределения и вычисление показателя помех.

3.2. Методика определения требований по защите РЭС НГСС от Щ помех, создаваемых другими

НГСС.

3.2.1. Методика определения относительного увеличения недоступности радиолинии.

3.2.1.1. Влияние солнечных помех на радиолинию НГСС.

3.3. Методика оценки необходимого частотного ресурса НГСС.

3.4. Методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС.

4. Прикладные результаты исследований.

4.1. Исходные данные, принятые при проведении исследований.

4.2. Оценка влияния параметров функционирования НГСС на уровни создаваемых ею помех и ее необходимый частотный ресурс.

4.2.1. Уклонение от группировки НГСС.

4.2.2. Ограничения минимального угла места в зоне обслуживания НГСС.

4.2.3. Алгоритм выбора КА НГСС для обслуживания земной станции.

4.2.4. Снижение мощности излучения станций НГСС.

4.3. Выбор рациональных параметров функционирования НГСС.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости между негеостационарными системами спутниковой связи»

Особенностью современного состояния развития систем и средств связи является значительный рост их числа, увеличение энергетических показателей передающих устройств, расширение зон обслуживания и, как следствие, усложнение проблем обеспечения их электромагнитной совместимости (ЭМС) при проведении процедур международной координации и решения вопросов эффективного использования радиочастотного ресурса. Особенно остро данная проблема затронула сети спутниковой связи, наиболее широко использующиеся как для целей обеспечения связи и передачи данных.

Исторически освоение космического пространства для организации и предоставления услуг спутниковой связи началось с создания и эксплуатации систем на геостационарной орбите, что в первую очередь объяснялось уникальными физическими свойствами этой орбиты - сохранение неподвижного положения космического аппарата относительно поверхности Земли. Освоение геостационарной спутниковой орбиты (ГСО) произошло стремительно. В настоящее время количество действующих геостационарных спутниковых сетей (ГСС) составляет несколько сотен, количество заявленных в Международном союзе электросвязи (МСЭ) превышает 3 тысячи, в том числе более 400 российских сетей.

Такое положение вынудило мировое сообщество даже прибегнуть к резервированию участков геостационарной орбиты в интересах стран с низким потенциалом экономики и фактически доступ негеостационарных систем в полосы частот, используемые геостационарными сетями был закрыт.

Ситуация изменилась относительно недавно. Примерно с начала 90-х годов развитие современных технологий спутниковой связи стимулировало огромный интерес к созданию систем спутниковой связи на базе негеостационарных спутников, и в последнее время особенно для предоставления высокоскоростных услуг фиксированной спутниковой связи. Отзываясь на возникшие потребности, соответствующим образом была изменена национальная и международная правовая база, открывая дверь для доступа негеостационарных сетей в полосы частот, ранее традиционно используемые только геостационарными сетями.

При этом на первый план вышли вопросы обеспечения ЭМС как между геостационарными и негеостационарными сетями, так и между различными негеостационарными сетями спутниковой связи (НГСС) в общих полосах частот на основе выбора соответствующих параметров функционирования станций негеостационарной системы. Эти вопросы стали одними из наиболее интенсивно изучаемых в Исследовательских комиссиях Международного союза электросвязи.

До недавнего времени, в соответствии с Регламентом радиосвязи, в большинстве полос частот, распределенных фиксированной (ФСС) и радиовещательной спутниковым службам (РСС), разрешалось работать как ГСС и НГСС. При этом, учитывая уникальность геостационарной орбиты, как естественного природного ресурса, Регламентом радиосвязи ГСС была предоставлена специальная защита от помех, которые могут создаваться НГСС. В частности, в соответствии с п. 22.2 (ранее п.2613) определено, что: "Негеостационарные спутниковые системы не должны создавать неприемлемых помех геостационарным спутниковым сетям в фиксированной спутниковой службе и радиовещательной спутниковой службе, работающим в соответствии с положениями настоящего Регламента" [40]. До 1992 г. в отношении НГСС не были предусмотрены процедуры координации1. Т.е. частотные присвоения любой системы на негеостационарной спутниковой орбите (НГСО) могли быть заявлены и зарегистрированы в Справочном регистре МСЭ без проведения координации и согласования условий совмещения с другими системами.

Решения Всемирных конференций радиосвязи 1997 г. и 2000 г. изменили международный юридический статусе взаимоотношений между НГСС и ГСС фиксированной и радиовещательной спутниковых служб. Была принята так называемая концепция "жестких пределов" на излучения станций негеостационарной системы (п. 22.5 Регламента радиосвязи), суть которой заключается в безусловном требовании к любой негеостационарной системе ФСС обеспечить выполнение норм, указанных в Регламенте радиосвязи, без проведения каких-либо согласований и координации. Кроме того, были приняты ряд Резолюций [69, 70], определяющих перечень первоочередных задач, стоящих перед МСЭ-Р в плане реализации данной концепции.

Однако, в настоящее время в Регламенте радиосвязи координация станций систем НГСС между собой и со станциями других систем предусмотрена только в отдельных полосах частот, распределенных подвижной спутниковой службе (ПСС), ФСС и РСС, и осуществляется в соответствии с п.п. 9.11А-9.14, а также п. 9.21.

В соответствии с п. 8.3 Регламента радиосвязи МСЭ, любое частотное присвоение, занесенное в Справочный регистр с положительным заключением, должно иметь право на международное признание. Для такого присвоения данное право означает, что другие администрации должны учитывать его при осуществлении своих собственных присвоений, чтобы избежать вредных помех.

Отсутствие процедуры координации НГСС в некоторых полосах частот может привести к ситуации, при которой не может быть реализовано в полной мере право на

1 Под термином "координация" понимается специальная процедура согласования условий ЭМС между РЭС различных систем, предусмотренная Регламентом радиосвязи. международное признание в соответствии с п.8.3 РР существующими и работающими системами (причем, как геостационарными, так и негеостационарными). Это возникает вследствие того, что новое частотное присвоение НГСС («мешающей») также может быть внесено в Справочный регистр из-за несовершенства регламентной процедуры.

Решения ВКР-97 и ВКР-2000 стимулировали развитие перспективных НГСС ФСС. На данный момент имеется информация о более 20 НГСС [63], заявленных в МСЭ-Р для предоставления услуг фиксированной и подвижной связи в полосах частот, ранее используемых только ГСС. В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, направленные на обеспечение ЭМС радиоэлектронных средств (РЭС) НГСС с другими НГСС и ГСС, с учетом необходимости достижения максимальной эффективности использования НГСС.

Исследованиям данного направления было посвящено большое количество работ, выполненных в НИИ Радио, а также предприятиях промышленности [5, 24, 25, 33, 36, 43, 49]. В данных работах широко освещены проблемы ЭМС РЭС различного назначения, моделирования НГСС, синтеза параметров РЭС, а также оптимизации спутниковых систем с целью достижения в них максимальной потенциальной пропускной способности. В частности большое внимание данным вопросам было уделено в работах Машбица JI.M., Кантора Л.Я., Стрельца В.А., Глушко В.И. Однако, как показал, проведенный анализ, разработанное методическое обеспечение не может быть применимо для решения в полном объеме задачи обоснования рациональных параметров РЭС НГСС для достижения ЭМС с РЭС других НГСС. В частности, в данных работах не рассматривалась возможность совместного функционирования многоспутниковых НГСС в общих полосах частот, в существующих методиках не учитывается случайный характер возникновения помех между РЭС НГСС, не учтены дополнительные факторы ослабления полезного сигнала в атмосфере и из-за действия солнечного излучения при определении критериев защиты от помех. Разработанные модели функционирования НГСС не позволяли проводить анализ ЭМС между НГСС с учетом возможности применения в НГСС различных методов уменьшения помех, направленных на снижение или исключение помех в направлении станций других НГСС. Широко используемые для оценки ЭМС имитационные модели функционирования НГСС, даже при соответствующей доработке, требуют значительных вычислительных затрат на проведение расчетов для получения достоверных результатов.

Учитывая вышеизложенное, сформулированная в диссертационной работе научная задача представляется актуальной научной задачей. Необходимость ее решения продиктована потребностями практической деятельности государственных радиочастотных органов, осуществляющих планирование и контроль за использованием радиочастотного спектра, научно-исследовательских учреждений и организаций промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи.

Таким образом, целью диссертационных исследований является решение научной задачи разработки комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС с учетом требований по обеспечению ЭМС с РЭС других НГСС и выработки на ее основе практических рекомендаций для конкретных условий совместного функционирования РЭС НГСС.

Достижение поставленной цели осуществляется решением следующих исследовательских задач:

- анализ особенностей функционирования РЭС НГСС, применяемых методов уменьшения помех и факторов, оказывающих наибольшее влияние на условия ЭМС;

- разработка моделей и методик в составе комплексной методики обоснования рациональных параметров РЭС НГСС, позволяющих проводить: a) оценку уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС других НГСС; b) оценку необходимого частотного ресурса НГСС; c) обоснование требований по защите РЭС НГСС от помех со стороны РЭС мешающих НГСС; d) выбор рациональных параметров функционирования РЭС НГСС;

- проведение прикладных исследований для установления характера влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на величину уровней помех, создаваемых РЭС НГСС, а также для разработки практических рекомендаций по обеспечению ЭМС РЭС НГСС для конкретных условий их совместного функционирования.

Основу решения поставленных задач составили методы системного и морфологического анализа, исследования операций, теорий вероятностей, передачи информации и ЭМС.

Объектом исследований в диссертационной работе является ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот.

Предметом исследований - параметры функционирования РЭС НГСС.

Диссертация состоит из четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Первая глава посвящена постановке задачи исследования. Для этого проведен анализ условий и проблем ЭМС РЭС НГСС, функционирующих в общих полосах частот. Рассмотрены особенности функционирования НГСС, определены основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на функционирование радиолиний, проведен морфологический анализ возможных методов уменьшения помех, ^ создаваемых РЭС НГСС, и соответствующих им параметров функционирования РЭС

НГСС. Определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров функционирования РЭС НГСС. Выбраны показатели, характеризующие уровни помех, создаваемых РЭС НГСС, и необходимый частотный ресурс. Приняты ограничения и допущения. Сформулирована постановка задачи, предложена методическая схема ее решения.

Во второй главе в соответствии с постановкой задачи и методической схемой ее решения определена структура комплексного метода обеспечения электромагнитной совместимости РЭС НГСС, который представляет собой совокупность моделей и методик, описывающих отдельные стороны исследуемого ^ процесса. Основным принципом при декомпозиции задачи обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС на составные части является обеспечение возможности создания наиболее формальных моделей и методик, применимых в широком диапазоне исходных данных. Предлагаемая структура позволяет автономно совершенствовать отдельные методики и соответствующие им расчетные задачи, расширять состав методического обеспечения для обеспечения ЭМС между НГСС и обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в случае, например, наличия возможности применения в НГСС других методов уменьшения помех.

Также рассмотрена методика нулевого уровня - модель функционирования НГСС.

Третья глава посвящена разработке методик и модели в составе комплексной л методики, позволяющих обосновывать рациональные параметры функционирования РЭС НГСС. Особое внимание при этом уделяется учету всех возможных факторов, влияющих на ЭМС РЭС НГСС, включая: случайный характер уровней помех, создаваемых НГСС, ослабление мощности помехового и полезного сигналов в газах и осадках атмосферы, а также влияние солнечного излучения, различные возможные алгоритмы установления связи между ЗС и КА НГСС, особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех. Вычисление показателя уровней помех осуществляется на основе использования модели функционирования НГСС, которая впервые позволила проводить оценку помех между несколькими НГСС исходя из аналитического описания вероятностных характеристик положения КА НГСС относительно v<M рассматриваемой РЭС НГСС, расположенной на Земле или на орбите.

Разработана методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях ограничений требованиями по защите РЭС другой НГСС от помех. В основе данной методики лежит алгоритм поиска максимума целевой функции при заданных ограничениях. Результатом использование методики является определение таких параметров функционирования РЭС НГСС, которые позволяют обеспечить ЭМС между НГСС, при обеспечении минимального необходимого частотного ресурса НГСС.

Для каждой из методик формулируется постановка задачи, процесс решения которой реализуется совокупностью последовательно выполняемых этапов, доведенных до уровня алгоритмической и программной реализации.

В четвертой главе приводятся результаты прикладных исследований по оценке влияния различных параметров функционирования РЭС НГСС на уровни помех, создаваемых между НГСС, и на требуемый частотный ресурс, обосновываются практические рекомендации по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях их совместного функционирования.

В заключении изложены основные результаты и выводы по работе.

В Приложении содержатся характеристики НГСС, использованные при проведении прикладных исследований.

Список литературы содержит 79 наименований.

Объем диссертации 187 страниц, в том числе рисунков 41 и таблиц 26.

Основными научными результатами, выносимыми на защиту, являются:

1. Постановка задачи на проведение исследований по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС для обеспечения ЭМС между НГСС в общих полосах частот.

2. Комплексная методика для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, включая:

- методику оценки помех, создаваемых между НГСС;

- методику определений требований по защите РЭС НГСС;

- методику выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС.

3. Рекомендации по применению в НГСС различных методов уменьшения помех и выбору соответствующих им рациональных параметров функционирования.

Научная новизна работы и полученных в ней результатов определяется следующим: a) впервые поставлена и решена задача достижения ЭМС между НГСС в системной постановке, когда в исследовательскую схему включены факторы, характеризующие влияние внешних условий на распространение полезного и помехового сигналов, применение в НГСС различных методов уменьшения помех, воздействие помех между НГСС с учетом их случайного характера; b) разработанная постановка задачи и методическая схема ее решения отличаются от известных тем, что их целевой направленностью является выбор параметров функционирования РЭС НГСС на основе комплексного анализа их влияния на уровни помех, создаваемых радиоэлектронными средствами негеостационарной системы, и на ее требования к необходимому частотному ресурсу, что позволило проводить обоснование рациональных значений таких параметров для достижения ЭМС с РЭС негеостационарных сетей при минимальных накладываемых ограничениях на НГСС; c) созданная комплексная методика отличается от известных тем, что:

- при анализе ЭМС НГСС воздействие помех от НГСС, а также функционирование полезной НГСС рассматриваются как случайные процессы, что позволило выделить различные составляющие помех, характеризующиеся вероятностью их возникновения, и определить наиболее эффективные пути их уменьшения;

- при выборе рациональных параметров функционирования РЭС НГСС оценка уровней помех от НГСС и определение их допустимых значений осуществляется с учетом особенностей распространения радиосигнала в атмосфере и возникающих при этом его ослаблений; d) разработанные практические рекомендации впервые позволили определить основные приоритеты в использовании различных методов уменьшения помех для обеспечения выполнения НГСС требований по обеспечению ЭМС между НГСС, сформулировать предложения по выбору рациональных параметров функционирования РЭС конкретных типов НГСС.

Практическая значимость работы состоит в возможности использования результатов оценок и получаемых на их основе практических рекомендаций государственными радиочастотными органами, организациями промышленности, занимающимися разработкой, созданием и эксплуатацией систем спутниковой связи при:

- обосновании направлений развития систем и комплексов спутниковой связи, обеспечивающих повышение их помехозащищенности;

- задании требований и формировании технических решений на различных этапах разработки, проектирования и эксплуатации перспективных спутниковых сетей связи;

- экспертизе проектных материалов промышленности;

- рассмотрении радиочастотных заявок на новые спутниковые сети и согласовании условий их ЭМС с существующими системами связи.

Основные результаты работы реализованы при:

- подготовке предложений в Технические задания делегациям администрации связи России на собрания рабочих групп Исследовательских комиссий МСЭ-Р и СЕПТ;

- подготовке научно-технических докладов Администрации связи России на собрания рабочих групп 4-7-8, 4А, 7В и 7Е Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2002 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи 2003 г. (ВКР-2003);

- разработке Предложений Администрации связи России на Ассамблею радиосвязи и ВКР-2003;

- подготовке и проведении переговоров между администрацией связи России и администрациями связи США, Японии, Франции по вопросам координации частотных присвоений НГСС МОНИТОР, ГЛОНАСС, КОМПАРУС.

Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в 5 ЦНИИ МО РФ, МИЭМ, в ходе собраний рабочих групп Исследовательских комиссий Сектора радиосвязи МСЭ. Результаты опубликованы в 9 работах, из которых 3 печатных.

Автор признателен всем, кто способствовал подготовке данной диссертации. Особая благодарность выражается Быховскому М.А., Глушко В.И., осуществлявшим непосредственное научное руководство, а также Стрельцу В.А., Желтоногову И.В., которые высказали наиболее ценные замечания и рекомендации по работе.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Кадыров, Тимур Данилович

Основные результаты работы реализованы:

- при подготовке предложений в Технические задания делегациям администрации связи России на собрания рабочих групп Исследовательских комиссий МСЭ-Р и СЕПТ;

- в научно-технических докладах от Администрации связи России на на собрания рабочих групп 4А, 4-7-8, 7В, 7Е Сектора радиосвязи МСЭ, на Подготовительное собрание к Конференции (2002 г.) и Всемирную конференцию радиосвязи ф 2003 г. (ВКР-2003);

- при разработке внутренних и международных радиочастотных заявок на НГСС «МОНИТОР», «ГЕО-ИК-2», «РОСТЕЛЕСАТ-Н» и «РОСТЕЛЕСАТ-В»

- при подготовке и проведении переговоров Администрации связи России с администрациями США, Японии, Франции по вопросам координации частотных присвоений НГСС «МОНИТОР», «ГЛОНАСС», «КОМПАРУС».

Результаты исследований были также использованы при проведении научно-исследовательских работ в 2000-2003 г.г. по таким НИР "МОНИТОР-МПЗ", "РОСТЕЛЕСАТ", ТЕОИК-МПЗ", "Компарус-МПЗ-ОЗ".

Материалы диссертационных исследований докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в 5 ЦНИИ МО РФ, МИЭМ, 4-й Международной Ф конференции "Спектр-2003" и в ходе собраний рабочих групп Исследовательских комиссий Сектора радиосвязи МСЭ. Ф

Заключение

В диссертации поставлена и решена важная научно-техническая задача по обеспечению ЭМС НГСС при их совместном функционировании в общих полосах частот путем выбора рациональных параметров функционирования НГСС.

В ходе ее решения получены следующие основные результаты:

I. Проведен анализ условий совместного функционирования сетей РЭС НГСС в общих полосах частот. В ходе данного анализа было выявлено, что вне зависимости от международного юридического статуса НГСС (с точки зрения использования полос частот) при ее разработке всегда возникает задача обеспечения таких характеристик и параметров функционирования РЭС систем, которые позволили бы реализовать требования по ЭМС.

Рассмотрены особенности функционирования РЭС НГСС, определены

•f основные факторы, оказывающие наибольшее влияние на их электромагнитную совместимость. В частности было установлено, что качество работы радиолиний НГСС зависит от факторов, которые условно можно разделить на внутренние и внешние. В свою очередь внешние факторы классифицированы по признаку их прогнозируемое™ и возможности адекватной компенсации негативного влияния - они могут быть как детерминированные, так и недетерминированные. К числу недетерминированных внешних факторов были отнесены: потери распространения, вызванные ослаблением в осадках, и помехи, создаваемые другими сетями РЭС НГСС.

Проведен морфологический анализ возможных методов уменьшения помех, создаваемых между РЭС НГСС. Определено, что в целях обеспечения ЭМС в НГСС могут быть использованы методы уменьшения помех, основанные уклонении от ф полезной группировки НГСС, выборе правила установления связи "КА-ЗС", ограничении зоны обслуживания, регулировании мощности излучения РЭС НГСС.

Обобщены работы в области исследования влияния помех между РЭС НГСС и РЭС других систем радиосвязи, а также существующего методического обеспечения для выбора параметров функционирования РЭС НГСС для удовлетворения условиям ЭМС. Сформулированы цель работы и перечень исследовательских задач, которые предполагается решать с использованием разрабатываемой в диссертации комплексной методики.

Определены направления исследований и состав необходимого методического обеспечения для оценки создаваемых уровней помех и выбора параметров РЭС

НГСС. Выбрана система показателей, характеризующих уровни помех, создаваемых НГСС, и необходимый частотный ресурс. В качестве показателя при оценке помех создаваемых РЭС НГСС другим сетям НГСС предложена вероятность того, что требуемый уровень мощности суммарных помех, создаваемых всеми РЭС НГСС в какой-то конкретной зоне видимости РЭС другой сети НГСС, будет превышен. Оценка необходимого частотного ресурса основана на определении математического ожидания числа одновременно функционирующих эквивалентных каналов передачи данных в НГСС. При этом были использованы положения теории массового обслуживания, а также учтены требования по качеству обслуживания. Приняты ограничения и допущения.

На основе проведенного анализа, принятых ограничений и допущений сформулирована постановка задачи, предложена методическая схема ее решения.

II. Разработана комплексная методика, позволяющая проводить исследования условий электромагнитной совместимости РЭС НГСС различных радиослужб, функционирующих в общих полосах частот, и обосновывать рациональные параметры функционирования РЭС НГСС с учетом требований по защите других затрагиваемых РЭС НГСС. Данная комплексная методика включает в себя: а) методику оценки помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении другой НГСС

Данная методика позволяет установить и оценить зависимость выходного показателя помех от различных характеристик и параметров функционирования РЭС НГСС, в том числе при применении в системе специальных методов уменьшения помех для обеспечения электромагнитной совместимости между НГСС. В качестве показателя помех принята вероятность того, что суммарная мощность помех, создаваемых НГСС на выходе приемной антенны станции НГСС превысит требуемый уровень.

В основе предложенной методики лежит аналитическая модель функционирования РЭС НГСС, которая впервые позволила проводить оценку помех исходя из аналитического описания вероятностных характеристик положения КА НГСС относительно рассматриваемой станции НГСС, расположенной на Земле или на негеостационарной орбите.

В методике впервые были учтены:

- случайный характер уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении РЭС другой НГСС, а также эффект суммарного воздействия помех от множественных источников;

- ослабление уровня помехового сигнала, создаваемого станциями НГСС, в газах атмосферы, в т.ч дожде;

- влияние помех от нескольких систем НГСС;

- различные возможные алгоритмы установления связи между ЗС и КА НГСС;

- особенности функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех.

Использованный в данной методике подход аналитического моделирования позволяет существенно сократить время, требуемое для проведения расчетов без потери качества и точности получаемых результатов.

Кроме того, являясь составной частью разработанной комплексной методики для обоснования рациональных параметров функционирования РЭС НГСС, методика может иметь самостоятельное значение для анализа электромагнитной совместимости РЭС НГСС, а также для исследования влияния различных характеристик и параметров НГСС на уровни, создаваемых ею помех. б) методика определения требований по защите РЭС НГСС от помех, создаваемых другими НГСС

Данная методика предназначена для определения предельных допустимых уровней помех, создаваемых РЭС НГСС в отношении станций других НГСС.

В основе методики лежит вероятностный метод оценки влияния трех независимых случайных факторов, ослаблений в газах атмосферы и осадках, помехового солнечного излучения и помех от РЭС НГСС, на общую готовность радиолинии НГСС, который был применен в рамках данной работы для определения требований по защите РЭС НГСС от помех.

В методике впервые были учтены:

- комплексное влияние дождевых осадков и солнечного излучения при определении готовности радиолинии НГСС в отсутствии помех от мешающих

НГСС;

- аналитическая модель функционирования НГСС при определении влияния помехового солнечного излучения.

Адекватность результатов, получаемых с помощью разработанной методики, подтверждается использованием в рамках данной методики модели ослабления сигнала в осадках и модели воздействия помехового солнечного излучения разработанных в рамках МСЭ-Р и положенных в основу ряда Рекомендаций МСЭ-Р применяемых в спутниковой связи и спутниковом радиовещании. В тоже время, разработанная методика впервые позволила оценить факторы ослабления сигнала в дожде и помехового солнечного излучения в комплексе для определения критериев защиты РЭС НГСС. Данные факторы оказывают наибольшее влияние на качество функционирования радиолиний НГСС в отсутствии помех от искусственных источников.

С помощью разработанной методики можно определить значение уровня помехи, приводящее к потере синхронизации в демодуляторе приемника станции НГСС, а также допустимые уровни кратковременных и долговременных помех от РЭС НГСС в зависимости от энергетических характеристик рассматриваемой сети НГСС, характеристик приемного демодулятора, размещения станции НГСС, интенсивности осадков в рассматриваемой климатической зоне, солнечного излучения в течении года, допустимого увеличения недоступности в радиолинии НГСС из-за помех от мешающей сети НГСС.

Результаты применения данной методики используются для оценки выполнения НГСС требований по защите затрагиваемых систем НГСС от помех. в) методика оценки необходимого частотного ресурса НГСС

Данная методика предназначена для установления и оценки зависимости необходимого частотного ресурса НГСС от различных параметров функционирования РЭС НГСС при применении специальных методов уменьшения помех для обеспечения ЭМС с другими НГСС.

Использование данной методики позволяет определить значение необходимого количество частотного ресурса через показатель математического ожидания числа организованных в НГСС эквивалентных каналов передачи информации в зависимости от характеристик НГСС, модели нагрузки, качества обслуживания и параметров функционирования ее РЭС.

Отличительными особенностями предложенной методики являются использование аналитического описания случайного закона распределения взаимного расположения станций НГСС в процессе ее функционирования, моделей массового обслуживания, а также учет различных параметров функционирования РЭС НГСС, влияющих на необходимый частотный ресурс. г) методика выбора рациональных параметров функционирования РЭС НГСС

В основе данной методики лежит алгоритм поиска максимума целевой функции при заданных ограничениях путем использования модифицированного метода покоординатного спуска.

Входными параметрами системы являются результаты применения методик оценки статистических показателей уровней помех, создаваемых НГСС в отношении других систем НГСС, определения критериев защиты НГСС от помех, создаваемых другими НГСС и оценки необходимого частотного ресурса НГСС.

Результатом использование методики является определение таких параметров функционирования НГСС, которые позволяют обеспечить выполнение требований по защите станций НГСС от помех, при минимально необходимого частотного ресурса в НГСС.

Ее новизна заключается:

- в обеспечении возможности решения задачи обеспечения электромагнитной совместимости между РЭС НГСС при минимальных ограничениях на НГСС;

- в учете комплексного применения различных методов уменьшения помех при выборе параметров РЭС.

Разработанные методики и модели:

• по своим входным и выходным параметрам объединены в рамках единой методической схемы, ориентированной на решение задач по исследованию влияния различных параметров функционирования НГСС на уровни создаваемых помех между станциями НГСС и ее пропускную способность, а также а выбор рационального сочетания таких параметров;

• достаточно универсальны и позволяют решать сформулированную задачу в широком диапазоне изменения параметров функционирования НГСС, а также параметров, характеризующих внешние условия их совместного функционирования;

• их достоверность подтверждается многочисленными работами по оценке ЭМС конкретных НГСС со станциями различных радиослужб и базируется на применении апробированных методов теории вероятностей, исследования операций и системного анализа, использованием общепринятых корректных допущений, отсутствием противоречий между полученными в работе результатами и существующими научными положениями теории электромагнитной совместимости, а также результатами работ в этой области других авторов.

III. На базе разработанного комплекса методик проведены прикладные исследования влияние различных параметров функционирования РЭС НГСС на уровни помех, создаваемых земным станциям полезной НГСС, и на необходимый частотный ресурс, и даны практические рекомендации по выбору рациональных параметров функционирования РЭС НГСС в условиях необходимости обеспечения ЭМС между сетями НГСС.

1. При превышении системой НГСС допустимых значений максимальных и долговременных помех в первую очередь должны применяться методы уменьшения помех, основанные на исключении излучения земных станций НГСС в направлении орбиты затрагиваемой НГСС. При этом:

- увеличение размера сектора уклонения выше определенного порога нецелесообразно, поскольку это не приводит к существенному уменьшению уровня помех, но ограничивает зону обслуживания НГСС, что в конечном щ итоге ведет к снижению ее пропускной способности. Для НГСС на низких круговых орбитах (в пределах 1000 км) пороговые значения размера сектора уклонения составляет порядка 10-90°. Если в ходе выбора рациональных параметров функционирования НГСС оказывается, что требования по защите полезной НГСС от помех могут быть выполнены при размере сектора уклонения превышающем 90°, то разработчикам данной системы целесообразно пересмотреть базовые характеристики НГСС (орбитальное построение, класс излучения станций, параметры антенных систем и т.д.) для уменьшения потерь потенциальной пропускной способности. В этом случае величина размера сектора уклонения 10° может рассматриваться как рекомендуемая;

Ф - применение ограничения минимального угла места в зоне обслуживания

НГСС, как метода уменьшения помех, наиболее целесообразно использовать для снижения максимальной составляющей помех на ЗС НГСС.

- для НГСС типа «МОНИТОР» рассмотрение алгоритмов установления связи "КА-ЗС" в качестве метода снижения помех нецелесообразно, поскольку в виду особенностей орбитального построения группировки в любой момент времени количество космических аппаратов видимых с ЗС НГСС ограничено и не превышает двух и, следовательно, выбор алгоритма установления связи "КА-ЗС" практически не влияет на уровень создаваемых помех. Однако, в случае когда требования по снижению максимальных и долговременных помех не могут быть выполнены за счет использования других методов, наиболее предпочтительным является применение алгоритмов установления связи "КА-ЗС" на основе выбора КА с максимальным углом места видимости или максимальным временем нахождения в зоне видимости ЗС НГСС.

2. Уменьшение мощности излучения станций НГСС может рассматриваться как предпочтительный метод для снижения относительного увеличения недоступности радиолинии. Данный метод целесообразно также применять в тех случаях, когда необходимо уменьшить долговременную составляющую помех. Применение данного метода имеет существенно более низкую эффективность с точки зрения уменьшения максимальных помех от НГСС по сравнению с рассмотренными выше методами, поэтому его применение в таких случаях нецелесообразно и может

0 быть оправдано, только тогда, когда другими методами снизить уровни помех не удается.

3. Применение в системе НГСС типа «МОНИТОР» уклонения от группировки НГСС, с максимальным размером сектора исключения передачи о=63° и дополнительным снижением мощности передачи КА НГСС на w=2 дБ будет щ обеспечивать защиту ЗС НГСС, работающих в НГСС типа "USASAT-30A" и располагаемых на высоких широтах. При этом обеспечивается максимальная эффективность использования частотного ресурса в НГСС «МОНИТОР».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Кадыров, Тимур Данилович, 2004 год

1. Акофф Р., Сасиени С. Основы исследования операций. Пер. с англ. - М.: Мир, 1971.- 534 с.

2. Апорович А.Ф. Статистическая теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств. Минск: Наука и техника, 1984. - 215 с.

3. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем. М.: Советское радио, 1974.- 304 с.

4. Блюмберг В.А., Глущенко В.Ф. Какое решение лучше? Метод расстановки приоритетов. Лениздат, 1982.- 123 с.

5. Бородич С.В. ЭМС наземных и космических радиослужб. Критерии, условия и расчет. М.: Радио и связь, 1990. - 272 с.

6. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980, - 976 с.

7. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М.: Наука, 1978. - 400 с.

8. Васильев Ф.П. Численные методы решения экстремальных задач.- М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит.,1988.- 552 с.

9. Велигурский Г.А. Аппаратно-программные методы анализа надежности структурно-сложных систем. Минск : Наука и техника, 1988. - 256.

10. Венцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1988. - 480 с.

11. Власов В.Н. и др. Низкоорбитальные спутниковые системы связи / Технологии электронных коммуникаций. Т.64. - М. 1996.

12. Глобальная спутниковая навигационная система ГЛОНАСС. / Под ред. В.Н. Харисова и др. М.: ИПРЖРД998.- 399 с.

13. Вермейер Ю.Б. Введение в теорию исследования операций. М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит., 1971.- 383 с.

14. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории построения и контроля сложных систем .- Л.: Энергоатомиздат,1988.- 192 с.

15. Долуханов М.Н. Распространение радиоволн. М.: Советское радио,1978.-304 с.

16. Дубов Ю.А., Травкин С.И., Якимец В.И. Многокритериальные модели формирования и выбора вариантов систем. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит., 1986.- 296 с.

17. Евланов Л.П. Теория и практика принятия решений. М.: Экономика, 1984.175 с.

18. Журавлев Ю.И. и др. Алгоритмы вычисления оценок и их применение. -Ташкент: Фан, 1974.- 120 с.

19. Зайченко Ю.П., Шумилова С.А. Исследование операций: сборник задач. -Киев: Выща школа, 1990.- 239 с.

20. Искусственный интеллект. В 3-х кн. Кн.2.Модели и методы: Справочник / Под ред. Д.А. Поспелова - М.: Радио и связь, 1990.-304с.

21. Кадыров Т.Д. «Методы расчета помех между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите», Электросвязь, №12,2004 г.

22. Кадыров Т.Д. «Проблема обеспечения ЭМС между системами спутниковой связи на негеостационарной орбите». Труды НИИР: Сб. ст. -М.: НИИР. 2004.-2007.

23. Кадыров Т.Д. Разработка критериев защиты геостационарных сетей фиксированной спутниковой связи от станций негеостационарных сетей. Выпускная квалификационная работа (магистерская диссертация)1. Москва: МТУСИ, 2000

24. Кантор ЛЛ. Об оценке предельной пропускной способности геостационарной орбиты. Радиотехника, 1979, №4, с.5-12

25. Кантор ЛЛ., Тимофеев В.В. Спутники связи и проблемы геостационарной орбиты. М.: Радио и связь, 1987. - 167 с.

26. Клейнрок Л. Теория массового обслуживания. М.: Машиностроение, 1979. - 432 с.

27. Колосов М.А. и др. Распространение радиоволн при комической связи. / Под ред. Б.А. Введенского и М.А. Колосова. М.: Связь, 1979. - 155 с.

28. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука. Гл.ред.физ.мат.лит., 1989.624 с.

29. Кондаков С.Е. и др. Передача и обработка сигналов в низкоорбитальных системах спутниковой связи. СПб: ВИКА, 1998. - 78 с.

30. Коршунов Ю.М. Математические основы кибернетики. М.: Энергоатомиздат,1987.- 496 с.

31. Левин Б.Р., Шварц В. Вероятностные модели и методы в системах связи и управления. М.: Радио и связь, 1985. - 312 с.

32. Макаров И.М., Виноградская Т.М. и др. Теория выбора и принятия решений. М.: Наука,Гл.ред.физ.мат.лит.,1982,- 328 с.

33. Машбиц Л.М. Зоны обслуживания систем спутниковой связи. М.: Радио и связь, 1982.- 169 с.

34. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем. / Под ред. Б.Г. Волика.- М.: Энергоатомиздат,1988.- 296 с.

35. Михалевич B.C., Волкович В.А. Вычислительные методы исследования и проектирования сложных систем. М.: Наука, Гл. ред. физ. мат. лит., 1982.286 с.

36. Моделирование сетевых спутниковых систем передачи информации. Учебное пособие / Астанин А.В. и др. СПб.: ВИКА, 1996. - 80 с.

37. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М.: Наука, 1981.- 487 с.

38. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП "РАСКО", 1991.-272 с.

39. Полет космических аппратов: Примеры и задачи: Справочник/Ю.А. Авдеев, А.И. Беляков, А.В. Брыков и др.; Под общ. ред. Г.С. Титова. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с.

40. Регламент радиосвязи. / Международный союз электросвязи. Женева. 2001.-339 с.

41. Спутниковая связь и вещание: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп. / В.А. Бартенев, Г.В. Болотов, В.Л. Быков и др.; Под ред. ЛЛ. Кантора. - М.: Радио и связь, 1997. - 528 с.

42. Стрелец В.А, Желтоногов И.В., Кадыров Т.Д. «Проблемы международно-правовой защиты частотных присвоений негеостационарных спутниковых сетей», Электросвязь, №9,2002 г.

43. Тамаркин В.М. и др. Низкоорбитальные системы спутниковой связи: Обзор информации. М.: ЦНТИ "Информсвязь", 1995. - 96 с.

44. Уайт Д. Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. Вып.1. Пер. с англ. / Под ред. А.И. Сапгира. -М.: Сов. радио, 1977. 352 с.

45. Фортушенко А.Д. и др. Основы проектирования систем связи через ИСЗ. / Под ред. А.Д. Фортушенко. М.: Связь, 1970. - 331с.

46. Феоктистов Ю.А. и др. Теория и методы оценки электромагнитной47