Поскольку приемное устройство системы навтекс имеет достаточно протяженные линии связи и является отдельным элементом не интегрированной ни в одну бортовую систему, вопросы его защиты от внешних электромагнитных излучений является безусловно актуальными. В отличии от средств связи УКВ и СВЧ диапазонов данное приемное устройство работает с более длинными типами волн( 518кГц ) и на более низких частотах в которых находится максимальное значение энергии грозовых разрядов как на Землю так и между облаками. Методами электродинамики, электромагнитной совместимостью и живучестью, а также радиотехнических цепей и сигналов были получены математические модели проникновения электромагнитных излучений грозовых разрядов как на Землю так и между облаками, через корпус, электрические соединения и антенно-фидерные устройства приемного устройства системы навтекс. На основе полученных математических моделей были определены численные значения токов и напряжений навадимых грозовыми разрядами как на отдельных элементах приемного усиройства так и на электрически длинных линиях связи подключенных к нему. На основе сопоставления результатов моделируемых с предельными параметрами для элементов приемного устройства сделан вывод о выходе из строя не только чувствительных элементов но и отдельных радиокомпонентов, которые считались до этого устойчивыми.

Учитывая результаты полученного моделирования сформулировали требования к обеспечению конструктивной защиты (экранирование, рациональное заземление).

NAVTEX (англ. NAVTEX — Navigational Information over Telex) (навигационный телекс) - международная автоматическая система передачи навигационных и метеорологических предупреждений и срочной информации в режиме узкополосного буквопечатания. В судоходной навигации служит для передачи навигационной и метеорологической информации безопасности (англ. Maritime Safety Information) и служит компонентом Глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ) Международной морской организации в соответствии с конвенцией СОЛАС-74/88. Служба использует частоту 518 кГц в режиме излучения F1B, информация передается на английском языке. Прием информации обеспечивается в радиусе от 250 до 400 миль от береговой радиостанции в каждом из 16 районов, на которые поделен Мировой океан (т.н. Navareas). Для передач NAVTEX на национальных языках выделена частота 490 кГц и дополнительно для тропических районов - 4209,5 кГц. На русском языке так же ведётся вещание на частоте 4209,5 кГц. В соответствии с Резолюцией ИМО MSC.148 (77) с 1 июля 2005 г. вновь устанавливаемые приемники NAVTEX должны обеспечивать одновременный прием на двух частотах – основной 518 кГц и одной из двух по выбору, 490 или 4209.5 кГц. Эксплуатационные и технические характеристики системы даны в рекомендации МКРР 540-1. Для обеспечения безопасности судов в прибрежных водах информация о погоде передается через международную систему NAVTEX, функционирующую на частоте 518 kHz телетайпом в стандарте SITOR-B (режим узкополосного буквопечатания (УБПЧ). При этом для обеспечения безпомеховой работы, все станции NAVTEX передают информацию в режиме временного разделения и регулировки мощности.

Каждое сообщение в системе NAVTEX начинается с четырехсимвольного заголовка (В1-В4).

Первый символ (В1) - буква, играет роль идентификатора станции в системе. В зависимости от географического положения судна и условий приема, аппаратура судна принимает решение о том, информацию с каких станций принимать и обрабатывать, а с каих - нет. Система NAVTEX построена таким образом, что любая другая станция с аналогичным идентификатором расположена заведомо за зоной уверенного приема, составляющей 400 морских миль.

Второй символ заголовка (В2)-определяет класс сообщения. На каждом из судов заранее определяются классы сообщений, которые будет принимать его аппаратура. Сообщения других классов отфильтровываются.

Третий и четвертый символы заголовка (В3-В4) представляют собой порядковый номер сообщения.

Техника  Сообщения NAVTEX передаются наземными станциями в режиме FEC (Телекс- англ. Forward Error Correction).  Терминалы  Принимающая станция состоит из активной антенны и приёмника с устройством вывода информации. Обычно применяются приёмники с дисплеем и встроенным печатным устройством с использованием термобумаги. В последнее время получили распростронение более дешевые терминалы с жидкокристаллическим дисплеем, оснащённые разъёмом RS-232, или же антенны подключаемые через USB к персональному компьютеру с соответствующим програмным обеспечением.

В любительских условиях прием NAVTEX возможен с помощью радиоприёмника, имеющего возможность приема однополостных сигналов SSB и персонального компьютера со звуковой картой, с установленной программой, например NAVTEX Decoder 1 или SeaTTY.

Поверхность земного шара поделена на 16 районов NAVAREA (от англ—Navigational Area) . Каждой станции в районе предупреждения присвоена буква латинского алфавита от A до Z (в северном полушарии с севера на юг). Вещание станций в одном районе предупреждения ведётся последовательно, согласно расписанию. Дальность вещания станции составляет 200-600 морских миль. Всего насчитывается 153 действующих станций. Из них 9 расположены в России, две станции действуют на Украине (Мариуполь, Одесса) и одна в Эстонии (Таллин)

Сортировка станций осуществляется как автоматически так и в ручную.

Передача сообщений NAVTEX происходит блоками информации, первый и последний из которых можно условно представить следующим образом (ФС – фазирующий сигнал; ВК – возврат каретки; ПС – перевод строки; КС – конец связи; ВА – выключение аппаратуры) :

 Таблица 1

ФС ≥ 10 с

ZCZC

1 пробел

В1В2В3В4

ВК+ПС

TEXT , NNNN

ВК+2ПС

} }

} }

ФС ≥ 5 с

ZCZC

1 пробел

В1В2В3В4

ВК+ПС

TEXT , NNNN

ВК+ 2ПС

КС

ВА ≥ 2 с

  

где ZCZC – группа символов, обозначающая конец фазирования и начало сообщения;

В1В2В3В4 – определитель сообщения, причем

В1 – идентификатор передающей станции (буквы от А до Z);

В 2 – тип сообщения , включающий:

Таблица 2

Буква	Тип сообщений	Цифра
*A	Навигационные предупреждения	1
*B	Метеорологические предупреждения	2
C	Ледовый обзор	3
*D	Информация по поиску и спасанию	4
E	Прогноз погоды	5
F	Сообщения лоцманской службы	6
G	Сообщения системы ДЕККА	7
H	Сообщения системы ЛОРАН	8
I	Сообщения системы ОМЕГА	9
J	Сообщения спутниковой навигационной системы	10
K	Сообщения других средств электронной навигации	11
*L	Навигационные сообщения (дополнительно к букве А)	12
M-Y	Символы зарезервированы , подлежат дальнейшему определению	13-25
Z	Нет сообщений	26

Таблица 3

Таблица 4

2.1 Общая характерисика грозовых разрядов

Грозовые разряды являются одной из наиболее распространенных причин возникновения проводящих на корпусах бортовой аппаратуры опасных токов и напряжений. В процессе грозовой деятельности на их поверхностях отмечаются напряжения, достигающие амплитудных значений 60 кВ, и токи порядка нескольких килоампер. Данные перенапряжения в воздушных линиях связи возникают из-за индуктивного или электромагнитного влияния разрядов молний на землю или между облаками.

Одновременно на Земле действует около полутора тысяч гроз, средняя интенсивность разрядов оценивается как 46 молний в секунду. По поверхности планеты грозы распределяются неравномерно. Над океаном гроз наблюдается приблизительно в десять раз меньше, чем над континентами. В тропической и субтропической зоне (от 30° северной широты до 30° южной широты) сосредоточено около 78 % всех молниевых разрядов. Максимум грозовой активности приходится на Центральную Африку. В полярных районах Арктики и Антарктики и над полюсами гроз практически не бывает. Интенсивность гроз следует за солнцем: максимум гроз приходится на лето (в средних широтах) и дневные послеполуденные часы. Минимум зарегистрированных гроз приходится на время перед восходом солнца. На грозы влияют также географические особенности местности: сильные грозовые центры находятся в горных районах  Гималаев и Кордильер

Рисунок 1 Распределение грозовых разрядов по поверхности Земли.

2.2 Особенности воздействия разряда молнии между облаками на бортовые проводящие элементы

Распределение и движение электрических зарядов внутри и вокруг грозового облака является сложным непрерывно меняющимся процессом. Тем не менее, можно представить обобщённую картину распределения электрических зарядов на стадии зрелости облака. Доминирует положительная дипольная структура, в которой положительный заряд находится в верхней части облака, а отрицательный заряд находится под ним внутри облака. В основании облака и под ним наблюдается нижний положительный заряд. Атмосферные ионы, двигаясь под действием электрического поля, формируют на границах облака экранирующие слои, маскирующие электрическую структуру облака от внешнего наблюдателя. Измерения показывают, что в различных географических условиях основной отрицательный заряд грозового облака расположен на высотах с температурой окружающего воздуха от −5 до −17 °C. Чем больше скорость восходящего потока в облаке, тем на большей высоте находится центр отрицательного заряда. Плотность объёмного заряда лежит в диапазоне 1-10 Кл/км³. Существует заметная доля гроз с инверсной структурой зарядов: — отрицательным зарядом в верхней части облака и положительным зарядом во внутренней части облака, а также со сложной структурой с четырьмя и более зонами объёмных зарядов разной полярности.

Для определения напряжения, индуцируемого на бортовых элементах вследствие разряда молнии между облаками, предположим, что канал молнии, проходит параллельно линии, как это показано на рисунке 2. Этот случай соответствует максимальным значениям напряжений и токов, наведенных в линии.

Рисунок 2 Модель влияния разряда молнии между облаками на проводящую поверхность

Процесс взаимодействия грозового разряда между облаками и воздушной линией связи имеет свои характерные особенности. Прежде всего, необходимо отметить, что в этом случае магнитное поле молнии, охватывая расположенный параллельно ее каналу, корпус судна или корпус радиоэлектронной аппаратуры, будет индуцировать на ее поверхности длиной ЭДС и вызывать переходной процесс в ней (см. рисунок 2).

На рисунке 3 приведена схема замещения для расчетной модели электромагнитного влияния разряда молнии между облаками на проводящую поверхность. По обе стороны схема замещения нагружена на сопротивления, равные по величине волновым сопротивлениям бортовых приемных устройств и являющиеся эквивалентами бесконечно протяженных вправо и влево от рассматриваемого участка отрезков линии.

Рисунок 3 Схема замещения модели воздействия грозового разряда между облаками на проводящую поверхность

Параметры эквивалентных генераторов, представленные на рисунке 3, можно найти из следующих уравнений:

; (1)

; (2)

, (3)

где и - волновые сопротивления канала молнии и поверхности корпуса соответственно, - емкость между каналом молнии и отрезком корпуса и - емкость поверхности корпуса относительно земли.

Согласно теории излучения антенн, запишем аналитические выражения, характеризующие напряженности электрического и магнитного полей проводника с током:

(4)

, (5)

где - ширина корпуса, - ток, протекающий в проводнике.

Если в выражения (1) и (2) подставить (4) и (5), а в (3) - соответствующие выражения для емкости между корпусом и молнией, то с учетом направления включения эквивалентных генераторов в схеме замещения (см. рисунок 2) нетрудно получить изображение напряжения между точками и схемы:

. (6)

В полученном выражении первые два слагаемых в фигурных скобках определяют электрическое влияние на проводящую поверхность канала молнии при разряде между облаками, третье - магнитное влияние.

Многочисленные исследования показали, что проводящие элементы при грозовых разрядах в основном подвержены электрическому влиянию. Поэтому третьим слагаемым в (6) можно пренебречь как величиной второго порядка малости. Таким образом, напряжение между точками и схемы можно записать следующим образом:

. (7)

Выражение (7) может быть использовано в качестве исходного для расчета токов и напряжений, наводимых грозовым разрядом между облаками на поверхности корпуса судна или бортовых радиоэлектронных устройств (рисунок 4 и 5).

Рисунок 4 Временная зависимость тока молнии.

Рисунок 5 Временная зависимость напряжения, наведенного на проводящей поверхности корпуса ( и ), подверженного влиянию грозового разряда между облаками.