Управление РЧС Bihovskiy

баний, питающий эти провода. (Однако по своим основным функциям это устройство чаще всего не генератор, а потребитель электроэнергии.)

Источник ИРП развивает между зажимами 1 и 2 напряжение радиопомех, называемое симметричным Uсм. Кроме того, он развивает напряжения радиопомех между каждым из зажимов и корпусом. Эти напряжения называются несимметричными — Uнс1 и Uнс2 (для простоты предполагаем, что электроустройство имеет металлический корпус; при отсутствии его несимметричные напряжения следует рассматривать между каждым из зажимов и землей).

С симметричным и несимметричным напряжениями радиопомех на зажимах электроустройства связаны симметричные и несимметричные напряжения и токи помех в электросети. Несимметричные токи замыкаются через сопротивление Zз, связывающее корпус электроустройства с землей. Если заземление отсутствует, роль Zз играет сопротивление емкости корпуса источника относительно земли. У источника с большим количеством зажимов симметричные напряжения радиопомех существуют между любыми двумя зажимами, а несимметричные напряжения — между любым из зажимов и корпусом. В общем случае все эти напряжения различны.

По мере удаления от источника напряжения токи радиопомех в линии затухают. Скорость этого затухания зависит от волнового сопротивления проводов (кабелей), степени разветвленности сети и множества других факторов, практически не поддающихся учету. С повышением частоты затухание увеличивается. Однако за исключением диапазона СВЧ это затухание происходит медленнее, чем убывание напряженности поля непосредственного излучения. По проводам радиопомехи даже от маломощных источников могут распространяться более чем на сотни метров.

Радиопомехи могут распространяться не только по проводам, непосредственно связанным с источником и называемым первичным носителем помех. Они могут наводиться с этих проводов на провода посторонних электросетей и распространяться далее по ним. Такие посторонние электросети называют вторичными носителями помех. Вторичными носителями помех могут служить также различные протяженные металлические конструкции: трубы водопровода и центрального отопления, шахты лифтов и т.п. Специфическим вторичным носителем помех является корпус автомобиля, а технологические отверстия в нем могут «работать» как щелевые антенны.

В тех случаях, когда единственным путем распространения радиопомех является непосредственное излучение, достаточной характеристикой интенсивности радиопомех от данного источника является напряженность поля этих помех на заданном расстоянии от источника. Когда существенную роль играет распространение по проводам, интенсивность радиопомех от данного источника может быть охарактеризована и напряженностью поля помех на заданном расстоянии от источника, и наибольшим из несимметричных мешающих напряжений на его зажимах.

Расположение источников ИРП в пространстве. На практике рассматривается точеч-

ное, линейное, плоскостное и объемное рассредоточение источников в пространстве. Примером точечного рассредоточения может служить работающий компьютер, ИРП от которого воздействуют на находящийся рядом сотовый телефон. Поток автомобилей на трассе или ЛЭП представляют линейное рассредоточение источников. Размещение источников ИРП на определенной площади, например, систем коммутации, управления и т.д. на одном этаже здания, является плоскостным рассредоточением. В качестве объемного рассредоточения можно принять размещение источников ИРП в многоэтажном здании.

Пространственное расположение источников ИРП учитывается при моделировании суммарного процесса ИРП, образованного совокупностью источников в некоторой точке пространства, в которой расположено радиоприемное устройство.

8.3. Нормирование ИРП

Если уровень мешающего сигнала, присутствующего в том же канале, что и полезный сигнал, слишком велик, то полезный сигнал может быть уничтожен. Приемлемый уровень помехи, присутствующей в одном канале с полезным сигналом, определяется характером сигнала и помехи. Например, непрерывная помеха, действующая при передаче высококачественного радиовещательного сигнала, будет неприемлемой даже при очень низких уровнях, в то время как канал связи, в котором передается компрессированный речевой сигнал, может функционировать даже при относительно высоких уровнях импульсных помех. Цифровые системы связи по сравнению с аналоговыми обеспечивают большую́ помехоустойчивость, при этом, когда уровень помех достигает критического, происходит срыв связи. Узкополосные и широкополосные помехи оказывают различное мешающее воздействие на полезный сигнал. Субъективные испытания показали, что для получения эквивалентной субъективной оценки амплитуда узкополосной помехи должна быть существенно ниже, чем у широкополосной.

Для обеспечения заданного качества радиоприема с надежностью α исходят из условия [8], что реальное отношение сигнал-помеха на входе приемника не должно быть ниже допустимого отношения сигнал-помеха в заданном проценте случаев:

где Bер{ } — вероятность события { }; Eс — минимальная гарантированная величина напряженности поля сигнала; Eп — напряженность поля помехи; A0 — минимально допустимое отношение сигнал-помеха (защитное отношение).

Таким образом, оперируя тремя величинами: Eс, Eп и A0, можно обеспечить заданное качество радиоприема с заданной надежностью.

Увеличение Eс, т.е. увеличение мощности радиопередатчика, приводит к нерациональному использованию радиочастотного спектра и является крайне нежелательной мерой.

Защитное отношение A0 является одной из основных технических характеристик аппаратуры связи, характеризующей ее помехоустойчивость. Методы достижения высоких значений помехоустойчивости, а следовательно, низких значений A0, связаны с конструированием аппаратуры и требуют существенных затрат.

Уменьшение величины Eп — это вопрос ограничения уровней ИРП на источнике помех до допустимых значений, т.е. это вопрос нормирования ИРП.

Для расчета норм на излучение в случае ИРП, попадающих в полосу приемника (в канал настройки), в СИСПР разработана следующая модель [8]:

–определяют защитное отношение для радиослужб в отведенных полосах частот, для разных видов помех. Данные по защитным отношениям можно найти в документах МСЭ и в технических материалах разработчиков и производителей аппаратуры связи. В ПК H СИСПР в 2003 г. поставлена задача сбора технических данных [6], в том числе защитных отношений, необходимых для оценки мешающего действия ИРП различным службам радиосвязи;

–на базе защитного отношения и, зная минимальную (номинальную) напряженность

поля полезного сигнала (подлежащую защите напряженность поля) Eс, вычисляют допустимую напряженность поля помехи на приемной антенне Eп;

–определяют минимальное рабочее расстояние между источником ИРП и приемной антенной и с помощью расчетного или эмпирического коэффициента распространения вычисляют допустимую напряженность поля помех на определенном измерительном расстоянии;

–на основе статистических данных вводят некоторые дополнительные коэффициенты, учитывающие случайный характер потерь при распространении полезного сигнала и

помехи к точке приема.

Конечный результат этой процедуры — расчетная норма, которая является основой для рабочей нормы.

Почему только основа, а не собственно норма? Во-первых, точность оценки нормы зависит от надежности статистических оценок параметров, участвующих в расчете. Следует признать, что сегодня пользуются весьма грубыми оценками. Во-вторых, введение мер помехоподавления должно рассматриваться с позиций производства и, не в последнюю очередь, экономики. Поэтому расчетная норма должна использоваться как полезная отправная точка, а окончательное значение нормы часто (на самом деле, почти всегда) является результатом соглашения между заинтересованными сторонами после всесторонних рассмотрений и переговоров.

Проблема решается на основе компромисса — радиослужбы допускают определенную степень влияния помех на процесс приема радиосигналов, но помехи, создаваемые различными источниками, не должны превышать рабочей нормы (допускающей более высокий уровень помех по сравнению с расчетной нормой).

Неотъемлемой частью этого компромисса является экономический баланс. Меньший уровень воздействующих помех позволяет использовать радиопередатчики меньшей мощности. При этом стоимость подавления помех, создаваемых различными источниками, будет выше. С другой стороны, применение радиопередатчиков большой мощности (со свойственным им неэффективным использованием радиочастотного спектра) приведет к меньшей стоимости мероприятий по подавлению помех. Этот экономический баланс был проверен за прошедшие десятилетия при введении различных стандартов, устанавливающих нормы на уровни ИРП.

Нормы на ИРП устанавливают для серийно выпускаемых устройств. Партии изделий оценивают на соответствие нормам, используя статистические процедуры, идея которых заключается в том, что о генеральных характеристиках оцениваемой партии изделий судят по выборочным характеристикам, определяемым по результатам испытаний образцов изделий из этой партии [10]. Норма, установленная на статистической основе, предписывает, чтобы с достоверностью р в партии было не менее q процентов кондиционных изделий.

СИСПР рекомендует «Правило 80%–80%» (р = q = 80%), в соответствии с которым по крайней мере 80% серийно изготовленных устройств должно соответствовать нормам на ИРП с достоверностью не менее 80%. Это значит, что партия устройств принимается как кондиционная, если даже 20% устройств создает помехи, уровень которых превышает установленное значение нормы. Это правило в общем случае вполне адекватно для защиты не жизненно важных радиослужб, таких, как вещание и большинство служб мобильной наземной связи.

Существует ряд выборочных процедур, по которым партия изделий оценивается на соответствие нормам. В области ИРП при одобрении типа (приемочном контроле или сертификации) чаще других используется процедура контроля по линейной комбинации выборочных характеристик xn и Sn. Считается, что партия изделий соответствует норме, если

выполняется следующее условие:

где L — допустимая норма на радиопомехи; xn — среднее арифметическое значение уровней помех от n изделий в выборке; Sn — среднее квадратическое отклонение (СКО) значе-

334 ГЛАВА 8

ний уровней помех от n изделий в выборке, Sn2 = n1−1 ∑(x − xn )2, xi — уровень помех от

i-го изделия; k — коэффициент, определяемый из таблиц нецентрального t-распределения, значение k зависит от объема выборки n и указано в табл. 8.2.

Таблица 8.2. Значения параметров для оценки партии изделий

Значения xi, xn , Sn и L выражены в логарифмических единицах дБ/мкВ, дБ/мкВ/м и др.

Пример. Рассчитаем допустимое значение напряжения ИРП в антенне автомобильного радиоприемника. Нормы на напряжение ИРП в автомобильной антенне предъявляют требования к группе характеристик в целом: к уровню излучения электрооборудования автомобиля, к помехозащищенности антенно-фидерной системы и к месту расположения антенны и фидера. Ответственность за выполнение этой нормы возлагается на производителя автомобиля. Если серийный автомобиль не комплектуется радиоприемником, то завод-изготови- тель должен внести в паспортные данные этой модели рекомендуемый тип антенны и место ее установки, а при типовых и приемочных испытаниях представить образцы автомобилей с установленной антенной.

Исходим из условия обеспечения заданного качества радиоприема с надежностью α, т.е. из условия, что реальное отношение сигнал-помеха R на входе приемника не ниже до-

жение ИРП на выходе антенного кабеля, дБ/мкВ; Eс — минимальная гарантированная величина напряженности поля сигнала, дБ/мкВ/м; AF — антенный фактор — отношение напряженности электрического поля к напряжению на выходе антенны [9], дБ, AF = Eс – Uс; Uа — напряжение ИРП, измеренное на выходе антенного кабеля в стандартных условиях (при частоте вращения вала двигателя 1500 об/мин), дБ/мкВ; k — коэффициент, учитывающий различие значений Uа и Uп: Uп = Uа + k.

Для нормально распределенных случайных величин Uа(mU, σU) и k (mk, σk) в соответст-

Исходные данные для расчета взяты из литературных источников. Для УКВ ЧМ

(65…108 МГц): Eс = 60 дБ; A0 = 26 дБ; AF = 10 дБ; mk = 3,6 дБ; σU = 5,9 дБ; σk = 2,2 дБ.

β= 0,8; tβ = 0,84; α = 0,95; t1 – α = –1,64; Lа = 15 дБ (мкВ).

8.4.Измеряемые параметры ИРП

Требования к измерителю ИРП содержатся в [12]. В общем случае это измерительный приемник со специальными входными и выходными устройствами. Входные устройства служат для присоединения приемника к источнику ИРП, выходные — для регистрации результатов измерений.

В табл. 8.3 приведен перечень нормируемых (измеряемых) параметров ИРП с указанием типов входных устройств, с помощью которых проводят измерения в соответствии с действующей нормативной документацией [13–23]. Указаны также полосы частот, в которых установлены нормы допустимых значений параметра ИРП.

Таблица 8.3. Нормируемые параметры ИРП

В соответствии с [12] измеритель ИРП должен измерять квазипиковое, пиковое и среднее значения параметра ИРП. Рекомендуется также обеспечивать измерение среднего квадратического значения.

Источник широкополосных помех создает на входе радиоприемного устройства кратковременный импульс или поток коротких импульсов со случайными моментами появления. На выходе приемника помехи представляют собой реакцию (отклик) ВЧ тракта на ударное возбуждение его кратковременными одиночными, разобщенными во времени ЭДС, действующими на входе приемника.

Форма отклика однозначно определяется переходной характеристикой измерительного тракта. Отклик на одиночное входное воздействие называют выходным импульсом ВЧ тракта (радиоимпульсом), или элементарным возмущением. Совокупность откликов образует на выходе измерительного приемника процесс ИРП, который регистрируется выходным устройством. В соответствии с [12] обязательными выходными устройствами являются квазипиковый, пиковый детектор, а также детектор среднего, которые регистрируют соответствующие значения параметров ИРП.

Квазипиковое значение является специфической амплитудной характеристикой ИРП, используемой в основном при оценках широкополосных ИРП. Существующие сегодня методы оценок, нормирования и контроля ИРП базируются, как правило, на квазипиковых значениях.

Выходные импульсы ВЧ тракта преобразуются в квазипостоянное напряжение инерционным квазипиковым детектором. Основными параметрами квазипикового детектора явля-

ются постоянные времени заряда, разряда и импульсная характеристика, отражающая зависимость коэффициента детектирования от частоты следования импульсов. В табл. 8.4 приведены требования к измерителям ИРП в части параметров квазипикового детектора [12].

Таблица 8.4. Требования к измерителям ИРП

Пиковое значение является также амплитудной характеристикой ИРП, используемой при оценках широкополосных ИРП на частотах выше 30 МГц. В данном случае под пиковым понимается значение, полученное при применении квазипикового детектора с меньшей постоянной времени заряда и большей постоянной времени разряда (по сравнению с классическим квазипиковым детектором).

Среднее значение — классическая амплитудная характеристика, используемая в области ИРП для оценки узкополосных сигналов и помех.

Для оценки ИРП в ряде задач используют и другие характеристики. Среднее квадратическое (среднее эффективное) значение является энергетической характеристикой, наиболее часто применяемой при оценках гауссовых шумов. Эта характеристика определяется аналитически через интеграл по времени от квадратов мгновенных значений процесса, отнесенный к рассматриваемому промежутку времени. Существуют также измерительные приборы с усредняющими квадратичными детекторами.

Измерение перечисленных усредненных характеристик ИРП от отдельных источников в стандартных условиях дает достаточно устойчивый во времени результат. Вместе с тем существуют задачи, для решения которой усредненные характеристики не подходят. Одна из них — измерение суммарных процессов помех, создаваемых источниками, рассредоточенными в пространстве и действующими в различные отрезки времени. В этом случае суммарный процесс ИРП на входе приемного устройства представляет собой суперпозицию независимых потоков импульсов от отдельных источников. ИРП на выходе линейного тракта приемника представляют собой результат наложения во времени «откликов» ВЧ тракта на входные воздействия.

Суммарные процессы ИРП в полосах пропускания приемных устройств более 9 кГц носят импульсный характер [24] и представляют собой импульсные последовательности со случайными амплитудами и моментами возникновения импульсов. Это приводит к необходимости оценивать суммарные процессы помех методами, учитывающими их стохастическую структуру, и использовать так называемые потоковые характеристики. Наиболее общая из них, описывающая амплитудно-временную структуру суммарных помех, — это распределение числа импульсов, превысивших по амплитуде фиксированный уровень Uĸ и появившихся в промежутке времени τ. Система функций Pn{τ, Uĸ} (вероятность появления ровно n импульсов в промежутке времени τ на уровне Uĸ) входит обязательным элементом в состав описания любых по своей структуре импульсных потоков. Определение системы функций Pn{τ, Uĸ} с помощью прямых измерений связано с использованием в качестве выходного устройства амплитудно-временного анализатора случайных процессов.

Объективные оценки искажений различных сигналов могут быть получены именно при использовании потоковых характеристик суммарных процессов помех. Эти вопросы рассматриваются в [24]. В этой же работе решается задача расчета эффективных значений по потоковым характеристикам, что важно припроектировании радиолиний иоценкезонобслуживания.

8.5. Нормативные документы

В 1998 г. Госстандартом принята Концепция национальной системы стандартизации [25], в которой одной из приоритетных задач в области стандартизации определена гармонизация отечественных стандартов с международными.

Гармонизация предполагает совместную (в рамках международных организаций) разработку единых методов оценки ИРП и методов контроля источников помех, создание единых норм на допустимый уровень помех по отдельным группам источников ИРП, разработку единых технических требований к измерительной аппаратуре и единой технической терминологии в области ИРП и др.

Основным нормативным отечественным документом по ИРП от отдельных групп технических средств, действующим сегодня, является Государственный стандарт [13–23]. Важнейшими разделами стандарта являются:

–«Область применения», где точно указывается, на какие технические устройства распространяются требования данного нормативного документа;

–«Нормы», где приводятся частотные зависимости допускаемых значений параметров ИРП в полосе частот, которая определена для нормирования. Параметры ИРП — значения напряжения, напряженности поля, тока и мощности выражаются в децибелах

относительно 1 мкВ, 1 мкВ/м, 1 мкА, 1 пВт соответственно.

В качестве примера этих двух разделов приведем некоторые положения стандарта [18]. Область применения: оборудование информационных технологий (ОИТ) классов А и Б. ОИТ класса А предназначено для применения в промышленной обстановке. ОИТ класса Б предназначено для применения в бытовой обстановке, в которой радио- и телевизионные

приемники могут быть установлены на расстоянии 10 м от ОИТ. ОИТ класса Б включает:

–оборудование без фиксированного места использования, например переносное оборудование с питанием от встроенных батарей;

–оконечное оборудование связи, питаемое от сети связи;

–персональные компьютеры и вспомогательное оборудование, подключаемое к ним. Нормы напряжения ИРП на сетевых зажимах ОИТ классов А и Б приведены в табл. 8.5.

Таблица 8.5. Нормы напряжения ИРП

Примечания.

1. На граничной частоте нормой является меньшее значение напряжения ИРП.

2. В полосе частот 0,15…0,5 МГц допустимые значения напряжения вычисляют по формулам: U = 66 – 19,1lg f/0,15 для квазипиковых значений и U = 56 – 19,1lg f/ 0,15 для средних значений, где f — частота измерений, МГц.

338 ГЛАВА 8

Нормы напряженности поля ИРП на расстоянии 10 м от ОИТ классов А и Б приведены в табл. 8.6.

Таблица 8.6. Нормы напряженности поля ИРП

На граничной частоте нормой является меньшее значение напряженности поля ИРП.

Важнейшими нормативными документами являются стандарты [12, 26], в которых приводятся общие требования к измерительным устройствам и оборудованию, а также общие методические требования к процедурам измерений ИРП от всех типов технических средств. К последним относятся требования к измерительной площадке — открытой и альтернативной (экранированной и безэховой камерам). В стандарте [26] представлена методика проверки на соответствие требованиям по затуханию площадки, даны рекомендации по строительству площадок.

В стандартах [13–23] содержатся частные методические и аппаратурные требования, необходимые для испытаний конкретных групп технических средств, в обязательном разделе «методы измерений» приводится схема измерений и указывается последовательность действий, либо дается ссылка на общие методы.

Контрольные вопросы к главе 8

1.Дать определение ИРП.

2.Что является характерным помехообразующим элементом в электрических механизмах?

3.На какие основные группы делятся источники ИРП?

4.Какое оборудование относится к группе оборудования информационных технологий?

5.Что такое широкополосные и узкополосные помехи?

6.Как подразделяются ИРП в зависимости от времени действия?

7.Как подразделяются ИРП в зависимости от среды распространения?

8.Какие значения ширины полосы пропускания регламентированы для измерителя ИРП?

9.Какие входные устройства используются для измерения параметров ИРП?

10.Что такое «нормирование»?

11.Как оценить допустимый уровень помех, при котором обеспечивается радиоприем с заданным качеством?

12.Что такое статистическая норма? Какова процедура приемки продукции?

13.В каких полосах частот нормируются параметры ИРП?

14.Что такое «квазипиковое» значение ИРП?

15.Чем отличается ОИТ класса А от ОИТ класса В?

16.Для чего проводится сертификация источников ИРП?

17.Объясните процесс формирования широкополосных ИРП на выходе измерителя помех.

18.Какую задачу выполняет СИСПР?

19.Каковы основные задачи стандартизации в области ИРП?

Приложение 1

Приложение 1.1 Структура и основные разделы РР МСЭ

ГЛАВА SI. Терминология и технические характеристики

СТАТЬЯ S l. Термины и определения Введение Раздел 1. Общие термины

Раздел 2. Специальные термины, относящие к использованию частот Раздел 3. Службы радиосвязи Раздел 4. Радиостанции и системы Раздел 5. Эксплуатационные термины

Раздел 6. Характеристики излучений и радиооборудования. Раздел 7. Совместное использование частот Раздел 8. Технические термины, касающиеся космоса

СТАТЬЯ S2. Обозначения

Раздел I. Диапазоны частот и волн Раздел II. Даты и время

Раздел III. Обозначение излучений СТАТЬЯ S3. Технические характеристики станций

ГЛАВА SII. Частоты

СТАТЬЯ S4. Присвоение и использование частот Раздел I. Общие правила

СТАТЬЯ S5. Распределение частот Раздел I. Районы и зоны

Раздел II. Категории служб и распределений Раздел III. Описание Таблицы распределения частот Раздел IV. Таблица распределения частот

СТАТЬЯ S6. Особые соглашения

ГЛАВА SIII. Координация, заявление и регистрация частотных присвоений и изменений плана

СТАТЬЯ S7. Применение процедур

СТАТЬЯ S8. Статус частотных присвоений, занесенных

в Справочный международный регистр частот

СТАТЬЯ S9. Процедуры проведения координации с другими Администрациями или заключения соглашения с ними

Раздел 1. Предварительная публикация информации по спутниковым сетям или спутниковым системам

Раздел II. Процедура проведения координации