Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

Решение этой задачи соответствует также наиболее эффектив­ ному использованию РЧР (или некоторой его части) данной груп­ пой РЭС.

Другой подход предполагает нахождение только приемлемого

решения, те. такой совокупности варьируемых параметров

при которой значение критерия не хуже заданного-

РМ.- и s)

Практическая реализация обоих подходов сопряжена со зна­ чительными трудностями и требует индивидуального творческо­ го подхода в каждой конкретной ситуации Перечислим особен­ ности задач и причины возникновения этих трудностей

Общим для любых подобных задач является то, что с ростом числа варьируемых параметров существенно расширяются потен­ циальные возможности и одновременно резко возрастают труд­ ности, обусловленные увеличением размерности задачи. Аналогич­ ное положение складывается при выборе математической модели

взаимодействия в рассматриваемой группе РЭС чем более под­ робной является модель, тем более достоверны результаты реше­ ния Однако уточнение модели сопровождается ее усложнением,

что затрудняет или делает вовсе невозможным ее использование Напротив, упрощение модели ведет к упрощению и ускорению по­ лучения решения Однако при этом снижается его эффективность, и оно может оказаться не только неоптимальным, но и вовсе

непригодным из-за влияния неучтенных факторов. Для обеспече­ ния ЭМС дополнительные трудности создает приближенный ха­ рактер исходной информации, так как нередко отсутствуют дос­

товерные сведения об отдельных параметрах РЭС (например, вви­ ду невозможности точного прогноза некоторых характеристик).

Поскольку описания являются приближенными, соответственно приближенными окажутся и решения.

Выбор показателя качества (целевой функции) связан с анало­ гичными соображениями. Показатель качества, с одной стороны, дол­

жен быть максимально простым, а с другой - достаточно полно отра­ жать требования к качеству функционирования с учетом усло­ вий ЭМС. В качестве целевых функций чаще всего исполь-

201

зуются значения уровней принятых помех или отношений сигналпомеха. При выборе математической модели и целевой функции весьма важен вид математических выражений, которые должны допускать более простое и по возможности однозначное решение.

Решение задачи оптимизации (4.7) состоит в определении та­ ких значений варьируемых параметров, при котором достигается оптимальное значение целевой функции. С математической точки зрения следует найти экстремум функции нескольких перемен­

ных |х) при наличии дополнительных ограничений на варьируемые

параметры. Особенность решения‘этой задачи состоит в том, что возможность нахождения наибольшего (глобального) экстремума, как и выбор метода для его нахождения существенно зависят от

случае вид этой функции не гарантирует единственного (глобаль­ ного) решения, так как имеется более одного экстремума. Отыс­ кание наибольшего среди них представляет собой сложную вычис­ лительную задачу. Наиболее благоприятна ситуация, когда целе­ вая функция и ограничения являются линейными или выпуклыми (вогнутыми). В этих случаях решение единственно и может быть достаточно легко получено с использованием традиционных вы­ числительных процедур.

Таким образом, при построении целевой функции, а также мате­ матической модели следует по мере возможности стремиться к запи­ си целевой функции Qz в таком виде, который позволит наиболее эф­ фективно решать задачу оптимизации. Некоторые примеры этого рода будут приведены далее.

Решение системы неравенств (4.8) в ряде случаев оказывается более простым, особенно при определенных видах функций, описы­ вающих показатель качества и множество ограничений. Однако эф­ фективность найденных решений может оказаться недостаточной, так как они являются только одними из возможных, а не наилучшими.

В силу перечисленных особенностей для сложной системы прак­ тически невозможно в полном объеме решить задачу обеспечения ЭМС в форме (4.7) или тем более (4.8). Практическое применение подхода, основанного на совместном выборе параметров, становится целесооб­ разным при сокращении их числа и введении различных

202

упрощающих предположений. Существо их различно и зависит от конкретной ситуации. Некоторые из задач будут описаны далее.

На практике, как правило, использование описанного подхода является успешным только в «усеченном» варианте, при ряде упро­ щающих допущений и ограниченном числе варьируемых показателей. С некоторой долей условности можно выделить ряд направлений ре­ шения соответственно факторам: пространственным, частотным и др.

4.4.1. Обеспечение ЭМС на основе использования пространственных факторов

К числу мер, основанных на использовании пространственных факторов, относятся разнос в пространстве собственно РЭС и направ­ лений их преимущественного излучения, а также различные способы ограничения излучений в определенных телесных углах, приема сиг­ налов с некоторых направлений и использования различий в поляриза­

ционной структуре сигналов.

Пространственный разнос РЭС состоит в таком взаимном удалении двух РЭС R > Лкоорд, при котором создаваемые ими друг другу помехи являются, по крайней мере, допустимыми. Мини­ мально допустимое расстояние Л.оорд. отвечающее этому условию, называют координационным. Расчет его основан на анализе мощ­ ностей сигналов и помех, действующих в паре РЭС.

Исходя из мощностей полезных Рс, мешающих сигналов Ррп и допустимых отношений сигнал-помеха Рс / РРПдоп, для каждого средства:

РП1!=Р,,,. -Xi,-( ./РРП2„), (4.10)

где Рпрд - мощности передатчиков; L'- ослабление помех на пути распространения, обусловленное всеми факторами, кроме рассто­ яния; L"(R)~ составляющие суммарного ослабления, зависящие от

расстояния.

Из (4.9) следует, что:

203

Используя сведения о распространении радиоволн на рассмат­

риваемой трассе, по найденным £"(./?) и Д'(7?) находят допусти­

мые расстояния Т?12 и R2i. Наибольшее из них является искомым

координационным расстоянием: 7^^ = тах{Д2,/^1}.

Территориальное размещение РЭС. При нем следует так выб­ рать пространственные координаты каждого РЭС в пределах за­ данной части пространства, чтобы обеспечить минимально воз­ можный или хотя бы допустимый уровень помех, создаваемых РЭС друг другу. Если все остальные параметры, кроме координат рас­ сматриваемых средств, фиксированы, качество каждого средства и, следовательно, общий показатель качества QL зависят только от

искомых координат х„ у, z =1, 2,. ., N.

данной части пространства Рассмотрим простейшую задачу допустимого размещения груп­

пы из N средств на плоскости. Пусть г1оорад - координационные рас­ стояния для zj-й пары средств. Расположим эти значения

в порядке убывания (гоорд!2, ... rKOopw, гкоордди,...) и выберем три та­ ких средства, для которых требуются наибольшие координационные расстояния. Разместим одно из них в начале координат, координаты двух других определяются элементарным геометрическим построе­ нием. Для этого проводим окружность с радиусом гкоорд12 и на ней в произвольной точке располагаем второе средство. Затем проводим окружности с радиусами г и гкоорд13 с центрами в точках распо­ ложения первого и второго РЭС. Если эти окружности не пересе­ каются, место расположения третьего РЭС назначается

204

на прямой, соединяющей точки 1 и 2 между соответствующими ок­ ружностями, если они пересекаются — в точке пересечения (рис. 4.9). Далее выбираем местоположение следующего четвертого средства в соответствии с убываниемг t Проводим окружности с радиусами гкоорд]4; ткоорд24; гкОорд34. Четвертое средство не может располагаться внутри очерченных окружностей Выберем для него точку, ближайшую к тому РЭС, для которого координационные рас­ стояния с рассматриваемым средством минимальны (рис. 4.10) Аналогично определяем положение остальных средств. Описан­ ный прием позволяет очень просто решить задачу территориаль­ ного размещения, которое, однако, не является оптимальным За­ метим, что при таком подходе средства группируются по признаку подверженности помехамслабо влияющие друг на друга средства автоматически собираются в группы.

4-й шаг

Рис 4 10 Схема определения местоположения РЭС

При территориальном размещении в более сложных ситуа­ циях используют особенности заданной пространственной обла­ сти: характер рельефа местности или конфигурации объекта. Вли­ яние этих факторов двоякое. Во-первых, рассматриваемая

205

область в отличие от свободного пространства характеризует­ ся наличием затененных участков, предпочтительных для раз­ мещения. Во-вторых, сильно пересеченный рельеф местности или сложная конфигурация объекта приводят к образованию сложной дифракционной картины распределения интенсивности полей каждого источника. Это объясняется тем, что суммарное поле в рассматриваемой точке пространства представляет со­ бой результат интерференции первичного поля и полей, обуслов­ ленных отражением и дифракцией электромагнитных волн на не­ ровностях рельефа. В итоге распределение электромагнитного поля по территории немонотонно и имеет области с минималь­ ной интенсивностью, наиболее подходящие для размещения. Для определения этих областей могут быть использованы результа­ ты решения задач дифракции или экспериментальные данные (см. разд. 2).

Разнос направлений преимущественного излучения (угловой

разнос) - состоит в ограничении излучения и приема за пределами некоторого телесного угла. Этот прием нередко используется ра­ диосредствами стационарных (фиксированных) радиослужб. По­ скольку наибольший уровень помех наблюдается в том случае, когда приемная и передающая антенны ориентированы друг на друга главными лепестками диаграмм направленности, целью ука­ занного разноса направлений является исключение такой ситуа­ ции. Для этого возможное угловое сближение главных лепестков диаграмм направленности антенн, соответствующих взаимодей­ ствующим средствам, ограничивают допустимым значением 6 > бкоорл Ф > Ф коорд (Рис- 4-1 !)■ Величины 6коорд и ф коорд - (значения

координационных углов) могут быть найдены способом, аналогич­ ным определению координационного расстояния.

Ограничение излучения и приема в определенных секто­ рах углов преследует те же цели, что и описанный разнос направ­ лений излучения. Суть его состоит в такой организации работы РЭС, при которой отсутствует излучение (прием) в направлениях на ре­ цепторы (источники). Поясним содержание этой меры на при­ мере корабельной РЛС, работающей в режиме кругового обзора по азимуту. При вращении ее антенны последовательно облучают­ ся различные объекты - как те, облучение которые

206

необходимо, так и приемные антенны различных средств, нахо­ дящихся на соседних кораблях. В ряде случаев нет необходи­ мости в наблюдении отражений сигналов от этих кораблей и ин­ тенсивное облучение вызывает лишь помехи расположенным на них радиосредствам. Для исключения помех можно организовать работу корабельной РЛС таким образом, что излучение (или из­ лучение и прием) прекращается во время прохождения главным лепестком диаграммы направленности тех направлений, которые соответствуют расположению рецепторов. Этот прием получил название секторного бланкирования.

с ИСЗ

Рис. 4.11. Схема углового разноса системы связи с ИСЗ и РРЛ

Другим примером ограничения приема в пределах определен­ ного телесного угла может служить использование в связных и других радиосистемах антенн, диаграмма направленности которых имеет управляемый провал. Изменение углового положения этого провала позволяет ослабить излучение (или прием) в направлении на возможный рецептор (или с направления прихода помехи). Даль­ нейшим развитием этой идеи является применение адаптивных антенн, позволяющих автоматически обеспечить наилучшие усло­ вия приема полезного сигнала.

Использование поляризационных различий (поляризационный разнос) - применение для излучения и приема электромагнитных

207

волн с ортогональной поляризацией (например, горизонтальной у одного средства и вертикальной у другого). В идеальном слу­ чае использование ортогонально поляризованных волн даст бесконечно большую развязку в рассматриваемой паре. Од­ нако реально выигрыш редко превышает величину порядка 10 - 25 дБ из-за явления кроссполяризации в антеннах, а также искажения поляризационной структуры поля объектом и депо­ ляризации на радиотрассе.

4.4.2. Обеспечение ЭМС на основе временных факторов

Использование временного фактора в основном сводится к со­ кращению времени излучения, временному бланкированию, временному' разносу временной синхронизации работы РЭС и вре­ менной регламентации.

Сокращение времени излучения соответствующими техничес­ кими и организационными мерами позволяет улучшить условия совместной работы РЭС. Его использование эффективно в тех слу­ чаях, когда по тем или иным причинам суммарное время излуче­ ния значительно превышает необходимое. В качестве примера можно привести существующий порядок связи с морскими суда­ ми. Превышение времени излучения береговыми станциями, а сле­ довательно, и неэффективное использование РЧР обусловлены задержкой вхождения в связь, связанной с отсутствием ожидания связи со стороны корабля. Для уменьшения времени излучения используют специальные радиоустройства, работающие в отдель­ ном радиоканале (общем для группы судов) и осуществляющие ав­ томатический вызов требуемого судна. К другим подобным ме­ рам можно отнести прекращение излучения некоторых связных устройств во время пауз и т.д.

Методы временного бланкирования основаны на прекра­ щении приема сигнала некоторыми РЭС на время действия мощ­ ной импульсной помехи, что позволяет избежать перегрузки вход­ ных каскадов приемника и связанных с ней нелинейных явлений. Устройства временного бланкирования наиболее эффективны для приемников импульсных сигналов, а в ряде случаев они целесо­ образны и в приемниках непрерывных сигналов. Структурная

208

схема простейшего устройства временного бланкирования при­ ведена на рис. 4.12.

Информация о времени прихода помехи поступает по специ­ альным каналам от источника помехи. При установке источника и рецептора на одном объекте она может передаваться по кабелю, а в некоторых случаях разнесенных средств поступать от специ­ ального приемника, настроенного на частоту помехи. Использо­ вание устройств бланкирования сопровождается и некоторыми издержками: полезные сигналы могут быть ими подавлены, если появляются в моменты времени, когда прием отсутствует вслед­ ствие бланкирования.

-=------- /„

Рис. 4.12. Структурная схема устройства защиты приемника от импульсной помехи

Совместная синхронизация импульсных РЭС заключается в согласовании периодов следования и начальных фаз излучаемых им­ пульсов для группы РЭС и может осуществляться в различных вари­ антах. Так, если в группе близко расположенных РЛС все станции бу­ дут излучать одновременно, то мощные мешающие сигналы будут поступать на приемник в то время, когда приемники еще

209

закрыты устройствами защиты (от своего излучения) и прием по­

мех, а также повреждение приемников мощной помехой будут ис­ ключены. Для этого и используется временная синхронизация. При жесткой синхронизации устанавливается «ведущая» станция, за­ дающая частоту следования импульсов и начальную фазу, и «ведо­ мые», которые должны работать с этой же частотой следования или на ее субгармонике. Для средств, расположенных на одном объекте, сигнал синхронизации может передаваться по кабельной линии, для средств на нескольких объектах - по специальному ра­ диоканалу.

В некоторых случаях можно реализовать временную синх­

ронизацию без жесткого назначения «ведущего» средства. Вклю­ чаемая в состав каждого средства аппаратура решает следующие задачи: прием и разделение по амплитуде и длительности сигна­ лов соседних однотипных РЭС и выделение среди них колебания с наибольшим периодом повторения. Сочетание временной син­ хронизации всей группы с бланкированием, в результате которо­ го подавляются сигналы с отличающейся частотой следования, позволяет значительно ослабить нежелательные взаимодействия РЭС в группе.

Временной разнос импульсных радиосредств может успеш­ но сочетаться с использованием различий в пространственном расположении. Рассмотрим пример осуществления такого рода синхронизации (метод «время - зона - система»). Пусть имеется

группа подвижных радиолокационных средств (рис. 4.13). Для исключения помех пространственная область разделяется на ряд

зон, причем для работы в каждой из них отведены определен­ ные интервалы времени. Таким образом, любая РЛС, находя­

щаяся в пределах данной зоны, использует соответствующий ей временной интервал (рис. 4.13). Помехи от РЛС соседних зон исключаются, так как они оказываются в других временных ин­ тервалах. Временной разнос в подобной системе можно реали­ зовать не только с помощью специальных каналов синхрониза­ ции. Для временной привязки могут применяться высокоста­ бильные стандарты времени. Последние на современном уров­ не имеют характеристики, позволяющие осуществить требуемую временную привязку.

210