Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

Рис. 4.13 Схема синхронизации методом «время - зона - система»' а - схема реализации, о - временная диаграмма

Временная регламентация - понятие, определяющее содержа­ ние мер ограничительного характера во временной области. В со­

ответствии с установленными правилами эксплуатации в опреде­ ленные моменты времени прекращается работа части средств, если их ЭМС с другими средствами не может быть обеспечена. В этом

отношении временная регламентация является крайней мерой, при­ меняемой, когда исчерпаны другие возможности.

Существует ряд аналогичных мер запрещающего характера,

а также основанных на прекращении в определенные моменты времени работы второстепенных средств во время действия более ответственных. Например, в США запрещается работа средств подвижной радиосвязи, расположенных в окрестности космодро­ мов, во время подготовки старта и запуска пилотируемых косми­ ческих кораблей.

Адаптивные методы, использующие временные факторы, так­ же основаны на методах временного бланкирования и синхрониза­ ции. Однако организация в этих случаях является гибкой, отслежи­ вающей изменение окружающей электромагнитной обстановки. На­ пример, бланкирование во время прихода импульса помехи можно выполнять только в том случае, если мощность помехи превыша­ ет определенный уровень, зависящий от уровня полезного

211

сигнала. Упрощенная схема организации адаптивного временного

бланкирования приведена на рис. 4.14.

От ИП

Нис. 4.14. Структурная схема адаптивного временного бланкирования

4.4.3. Выбор мощностей в группе РЭС

Одним из важных факторов, влияющих на уровень помех, созда­ ваемых окружающим РЭС, является уровень мощностей радиопере­ датчиков. Меры, предусматривающие управление мощностями пере­ датчиков, можно условно разделить на две группы: ограничение мощ­

ности радиопередатчиков в группе средств и совместный выбор их значений.

Ограничение мощности радиопередатчиков имеет целью снизить уровень помех, создаваемых соседними РЭС. В каждом конкретном случае можно определить такое значение мощности

передатчика, при котором будет обеспечен прием сигналов с тре­

буемой интенсивностью для всех приемников, расположенных в его

зоне действия. Увеличение мощности передатчика сверх данного

212

уровня, в том числе возникающее из-за технологических разбро­ сов мощностей передатчиков, нежелательно, поэтому мощность их ограничивают как по минимуму, определяемому, исходя из требуе­ мого качества передачи информации, так и по максимуму исходя

из условия обеспечения минимума влияния НЭМП другим РЭС. Для некоторых видов радиослужб принцип ограничения на­

шел отражение в ряде утвержденных или рекомендованных ог­ раничительных мер. Например, согласно рекомендации 357-1 МККР в полосах частот 5800...5850, 5850...5925, 5925...6425 и 7900...8100 МГц, используемых совместно системами связи че­ рез ИСЗ и радиорелейными линиями связи (РРЛ), следует огра­ ничивать эффективно излучаемую мощность передатчика' РРЛ значением 55 дБ Вт, а отдаваемую в антенну мощности - значе­ нием 13 дБ Вт. Рекомендовано также ограничивать мощность земных станций связи с ИСЗ и плотность потока мощности, из­

лучаемой спутниками связи. Ограничению подлежат также пре­ дельные значения мощностей передатчиков ряда других радио­ служб: радиолюбительских, систем подвижной связи и т.д.

Совместный выбор мощностей в группе передатчиков яв­ ляется эффективной мерой уменьшения помех в группе одно­ типных средств, расположенных в пределах ограниченной тер­

ритории. Действительно, увеличение мощности одного из пере­ датчиков несколько улучшает индивидуальные показатели ра­ диолинии, состоящей из данного передатчика, и приемника, пред­ назначенного для приема его сообщений. Однако оно ведет к росту помех другим средствам, ухудшению их показателей ка­ чества и, как следствие, показателя качества функционирова­

ния группы средств в целом. С другой стороны, уменьшение мощности конкретного передатчика приводит к уменьшению

отношения Ре/(Рт+Р1В ) , что ухудшает его показатели и при даль­

нейшем снижении ведет к утрате выполняемых им функций. Та­ ким образом, выбор мощностей передатчиков в группе средств

должен проводиться совместно, на основе анализа качественных

показателей группы средств в целом.

* Под эффективно излучаемой мощностью понимается произведение мощ­ ности передатчика на коэффициент усиления антенны.

213

Рассмотрим один из возможных путей решения этой задачи для фиксированной группы связных средств. Допустим, что каж­ дое из них имеет приемник и передатчик и что все остальные пара­ метры, кроме мощностей передатчиков, неизменны. Мощности полезного сигнала и помех, принятых каждым у-м приемником:

где Рпрд, и Ly - мощность z-ro передатчика и суммарное ослабление

сигнала на пути распространения' от z-ro источника до у-го рецеп­ тора. Для функционирования каждой радиолинии с заданным ка­ чеством следует обеспечить требуемое превышение принятого сиг­ нала над суммарной мощностью шумов и помех:

(4-18)

плюс шум - заданная величина для каждого РЭС; Рш - мощность шумов (внутренних и внешних, не связанных с работой передатчи­ ков в группе), отнесенная ко входу у-го устройства.

Допустимыми являются любые значения мощностей

|РпрД) = (ЛрдиРпрд?^- ), при которых обеспечивается выполнение

неравенств (4.18). Среди них следует найти такой набор |РпРд), ко­

торый соответствует минимальной суммарной излучаемой мощно­ сти. Указанный критерий целесообразен не только по техническим причинам, но и по соображениям минимизации уровня помех сред­ ствам, не входящим в рассматриваемую группу. Задача выбора мощ­ ностей передатчиков в группе РЭС состоит в нахождении значений

мощностей |р'п?д), обеспечивающих минимум целевой функции:

(4.19)

214

при ограничениях согласно условиям (4.18). Эти условия можно преобразовать к виду:

N

(4.20)

Таким образом, задача формулируется следующим образом: требуется найти минимум линейной функции (4.19) при линейных ограничениях (4.20) и условии положительности искомых значе­ ний мощностей. Подобные задачи относятся к так называемым за­ дачам линейного программирования. Они одноэкстремальны и их легко решить с помощью стандартных процедур, реализующих симплекс-метод.

Могут применяться также адаптивные методы управления значениями мощностей передатчиков в группе РЭС. Они основа­

ны на совместном выборе мощностей передатчиков с учетом 1еку-

щей окружающей электромагнитной обстановки (регулировка мощностей допускается в процессе работы).

4 4 4 Обеспечение ЭМС в группе РЭС путем выбора значений чувствительности радиоприемников

В некоторых ситуациях, в частности, при обеспечении ЭМС ог­ раниченной группировки однотипных приемо-передающих РЭС, воз­ можным направлением решения может служить рациональный выбор

значений чувствительности радиоприемников Рпр mm 7 j =\.2,...М. Эффект в данном случае определяется двумя возмож­ ными причинами:

- при чрезмерно высокой чувствительности радиоприемни­ ков может, соответственно, снижаться уровень допустимой поме­ хи. В частности, повышение чувствительности может сопровож­

даться повышением восприимчивости радиоприемников по побоч­

-увеличение чувствительности приемников может привести

кусилению влияния помех вследствие внеполосных эффектов - пе­ рекрестных искажений и интермодуляции: РВНЕЦг = P„pmm; + -ОВНЕ№

где РВНЕп, - абсолютная восприимчивость (по блокированию, пе-

215

рекрестным искажениям или интермодуляции); 2)ВНЕП - соответ­ ствующее виду влияния значение динамического диапазона.

Поэтому рациональный выбор значений чувствительности приемников Pnpmin/ может быть мерой по ослаблению (или устра­ нению) нежелательных электромагнитных влияний радиопередат­ чиков как источников помех на рецепторы-радиоприемники. Прин­ цип расчетного определения этих значений имеет значительное

сходство с описанным выбором мощностей радиопередатчиков. Пусть, например, рассматривается группа приемопередающих ус­ тройств, в которой у-й приемник должен осуществлять прием от у-го передатчика и не быть подверженным воздействию осталь­ ных средств. Допустим, что воздействие помех возможно по одно­ му из соседних каналов. Условием намеренной передачи является:

где £ — суммарное ослабление сигнала на пути распространения;

где LtJ - величина ослабления помехи от z-го передатчика на пути распространения до у-го приемника; £ - величина относительно­ го ослабления помехи по соседнему каналу (по любым возможным механизмам приема - прямому прохождению, побочным каналам, внеполосным эффектам).

Таким образом, решением поставленной задачи может счи­ таться любая совокупность значений чувствительности приемни­ ков, отвечающая системе линейных неравенств (4.21), (4.22). Од­ нако с точки зрения снижения подверженности помехам от вне­ шних помех наиболее целесообразно иметь приемники с наимень­ шей чувствительностью. Следовательно, задача может быть

сформирована как определение значений , обладающих наи­

меньшей чувствительностью и удовлетворяющих условиям наме­ ренной передачи и отсутствия влияния помех:

при выполнении условий (4.21) - (4.22).

216

Как и в случае оптимизации мощностей радиопередатчиков

в группе средств, задача в сформулированном виде относится к задачам линейного программирования. Ее решение единственно и может быть получено на основе использования типовых вычис­ лительных процедур.

4.4.5. Обеспечение ЭМС на основе использования частотных факторов

Использование частотных факторов на уровне радиосистемы сводится, в конечном счете, к выбору конкретных значений рабо­ чих частот для РЭС, входящих в рассматриваемую систему. Не­ обходимо подчеркнуть, что указанный выбор конкретных значений частот излучения и приема может проводиться только в одном из

двух вариантов:

-на уровне проектирования рассматривается несколько альтер­ нативных вариантов из числа доступных к использованию радиочас­ тот (в том числе различных частотных диапазонов). После анализа возможностей обеспечения ЭМС определяется наилучший вариант, который затем проходит в установленном порядке официальные про­ цедуры частотного присвоения;

-на уровне проектирования, а также эксплуатации, выбира­ ются конкретные значения рабочих частот для конкретных РЭС, входящих в систему, исходя из выделенного для данной совокупно­ сти набора значений частот (частотных каналов). Этот вариант использования частотного фактора характерен для таких приложе­ ний, как выбор частот средств воздушной подвижной связи, плани­ рования сетей сухопутной подвижной связи и т.д. Забегая вперед, заметим, что в большинстве случаев указанный выбор частот про­ изводится на основе совместного использования пространственно­

го и частотного факторов.

Принципы оптимального выборы частот в группе РЭС. Та­ ким образом, задачи, связанные с оптимальным выбором частот, так или иначе сводятся к определению конкретных значений частот для каждого РЭС группы при условии, что искомые значения частот со­

ответствуют разрешенному множеству в частотной области. С мето­ дологической точки зрения эта задача состоит в следую-

217

щем. Для группы из М средств следует найти такие значения ра­

бочих частот / г = 1, 2...2V, , где N <М, при которых показатель качества, отражающий функционирование данной группы средств, имеет максимальное или хотя бы допустимое значение:

(4.24)

или

при условии, что значения частот соответствуют заданным усло­

виям |/)gQz.

Решение задач выбора частот для обеих постановок оказы­ вается в общем случае весьма громоздким. Трудности здесь связа­ ны с рядом факторов, среди которых основную роль играет слож­

ная зависимость от частоты критерия качества <2(|/))- Вид мате­

решение при достаточно общих предположениях о характеристи­ ках РЭС и учитываемых факторах. Поэтому для выбора радиоча­

стот на практике обычно используют различного вида упрощения. Однако и в этом случае такие задачи оказываются значительно более сложными по сравнению, например, с задачами выбора мощ­ ностей в группе РЭС. Для их решения требуется использование специальных вычислительных процедур, реализуемых только на

ЭВМ высокой производительности.

Совместное использование ресурсов в частотной и пространственной областях

На практике весьма эффективным является совместное ис­

пользование ресурсов в частотной и пространственной областях. Такой прием наиболее полезен при ограниченном ресурсе радио­

частот. В соответствии с принципом частотно-пространственного разноса осуществляется такое распределение радиоканалов, при котором близко расположенные средства не используют совпада­ ющие радиочастоты, в то время как территориально разнесенные

средства эту возможность имеют.

218

В случае подвижных средств примером такого подхода мо­ жет служить сотовый принцип распределения частот, широко ис­ пользуемый в современных системах мобильной радиотелефонной связи. Суть этого подхода заключается в том, что территория, ох­ ваченная работой системы, разделена на соответствующее число ячеек, например на семь (рис. 4.15). Для каждой из них выделяется определенное число (М) частотных каналов, отличающихся от тех, которые используют в смежных ячейках. Эти группы из 7М час­

тот повторяются в остальных зонах, также состоящих из анало­ гичных ячеек. В результате такой организации ни в одной из пар

соседних ячеек не используются совпадающие частоты, что значи­ тельно ослабляет уровни непреднамеренных радиопомех.

Рис 4.15. Схема пространственного размещения (а)

и распределение частот (б) при сотовом принципе распределении частотного ресурса в группе подвижных средств

При сотовом принципе организации требуется значительно

меньшая полоса радиочастот, чем при раздельном назначении ра­ диочастот отдельным средствам. Однако в данном случае полез­ ный эффект достигается ценой усложнения системы в целом, так как при перемещении подвижной станции из одной ячейки в дру­ гую должно быть осуществлено ее переключение на один из сво­ бодных радиоканалов в этой ячейке. Указанное переключение, например, выполняет система централизованного управления на основе анализа информации о местоположении объекта.

219

Другим примером совместного использования частотных и пространственных факторов является частотно-территориальное планирование стационарных средств УКВ радио- и телевизионно­ го вещания. Оно реализуется в общегосударственном масштабе с учетом планирования телевизионных сетей в смежных странах, требований охвата территории страны, а также исключения при­ ема радиопомех от соседних станций. Основой планирования яв­ ляются территориальное разнесение передающих станций и час­ тотный разнос, в том числе АЛЯ исключения работы в совпадаю­ щих каналах станций смежных зон обслуживания.

Адаптивные меры в частотной области

При выборе определенного значения рабочей частоты для конк­ ретного РЭС в ряде случаев с успехом используется адаптивный прин­ цип. В отличие от выбора частот на основе жесткой организации, при адаптивном принципе управления выбор значения частоты из числа разрешенных осуществляется конкретным РЭС на основе анализа текущей электромагнитной обстановки. В качестве простейшего при­ мера можно привести РЛС с перестройкой частоты по диапазону, ког­ да оператором выбирается значение рабочей частоты по условию минимума помех в данный момент времени. В условиях высокой плот­ ности загрузки диапазона частот этот прием может оказаться весьма эффективным, так как загрузка диапазона частот не всегда является постоянной для определенных областей пространства и интервалов времени и, следовательно, существует наименее занятая частотная область.

Другой пример аналогичного подхода - выбор оператором системы связи определенного частотного канала из числа имею­ щихся в наличии. При этом им учитываются как условия прохож­ дения полезного сигнала, так и уровни действующих помех.

4.5.Схемотехнические методы обеспечения ЭМС

4.5.1.Существо и особенности схемотехнических мер

Содержание схемотехнических мер обеспечения ЭМС состав­ ляют различные технические приемы, относящиеся к схемным реше­ ниям аппаратуры и выбору параметров элементов, направлен­

220