3.2. Методы получения детерминированных аналитических оценок

Данные методы основаны на применении энергетического кри­терия и могут быть использованы при парной, групповой или ком­плексной оценке электромагнитной совместимости РЭС. Для при­нятия решения о наличии или отсутствии совместимости произво­дится проверка допустимости степени влияния помех, создавае­мых каждому из рецепторов одним или всеми рассматриваемыми ИП. Считается, что для любого конкретного вида помех можно ука­зать такое значение отношения мощности сигнала к суммарной мощности помех и шума , при превышении ко­торого не наблюдается недопустимого снижения качества РЭС. Это значение называется допустимым отношением сигнал-помеха плюс шум. ЭМС рецептора обеспечивается, если

.

Используется также критерий ,

где — защитное отношение — величина, аналогичная допусти­мому отношению сигнал-помеха плюс шум.

Парная оценка. В ходе создания определенного РЭС разработ­чика в первую очередь интересует, как радиоэлектронное устройство будет функционировать при воздействии на него того или иного источника помех, т. е. парная оценка ЭМС РЭС.

При оценке влияния НЭМП различные характеристики ИП и РЛ, влияющие на их ЭМС, удобнее выражать в децибелах. В этом случае составляющие, определяющие ЭМС, можно представить в виде арифметической суммы. Кроме того, для учета различных факторов, определяющих уровень НЭМП, обычно используют зна­чения ослабления L, представляющие собой величины, обратные коэффициентам ослабления и выраженные в децибелах.

Анализ влияния ИП на РП проводится в следующей последо­вательности.

1. Определяют требуемое ослабление помехи

, (3.2)

где — мощности ИП и чувствительность РП в децибе­лах на ватт. При этом в случае влияния помех на импульсное уст­ройство соответствует порогу срабатывания, а для рецеп­тора непрерывных сигналов — его предельной чувствительности (определенной по критерию равенства отношения сигнал-шум еди­нице).

2.Определяют реальное ослабление помехи

, (3.3)

где — ослабление помехи в самих ИП и РП соответственно;

— ослабление помехи на пути распространения от ИП к РП.

(3.4)

для тех случаев, когда антенны оцениваются значением коэффи­циента связи

и

(3.5)

в остальных случаях.

Здесь

где — ослабления НЭМП на частоте fп, обусловлен­ные избирательными свойствами соответственно фильтров, линии передач, а также тепловыми потерями фидера ИП и РП;

— ослабление помех ан­теннами;

— ослабления НЭМП на частоте помехи, обусловленные снижением коэффициента усиления, несовпадением поляризации и частотными свойствами антенн ИП и РП соответ­ственно;

— ослабление помех в среде распространения,

где — ос­лабления помех на частоте fп, обусловленные соответственно рас­сеянием радиоволн в свободном пространстве, дифракцией, зате­нением антенн ИП и РП, влиянием метеорологических условий, ионосферным и тропосферным распространением;

; — коэффициенты усиления антенн ИП и РП на ча­стоте fо.

Реальная развязка между ИП и РП обычно определяется при следующих комбинациях совпадений:

частоты основного излучения ИП с частотой основного канала приема рецептора (ОО);

частоты основного излучения ИП с частотой побочного канала приема рецептора (ОП);

частоты побочного излучения ИП с частотой основного канала приема рецептора (ПО);

частоты побочного излучения ИП с частотой побочного канала приема рецептора (ПП).

3. Находят превышение уровня помех над сигналом

(3.6)

Если ΔL<0, делается заключение о наличии ЭМС, в случае ΔL>0 считается возможным ее нарушение.

Рассмотрим алгоритм оценки влияния ИП на РП, размещенные на объек­те (самолете, корабле и т. д.). В этом случае величины мож­но принять равными 0 дБ и в дальнейшем не учитывать.

1. Оценка влияния ИП на РП. Определяют влияние основного излучения ИП на основной канал рецептора (в качестве рецептора здесь выступает радио­приемное устройство). Оценка начинается с анализа частотных совпадений ос­новного излучения ИП с основным каналом приема рецептора, т. е. анализи­руется возможность совпадения спектра сигнала ИП, передаваемого на основ­ной частоте, с полосой пропускания РП

(3.7)

где — полосы излучения источника и пропускания рецептора.

Если условие (3.7) выполняется, прием основного излучения ИП основным каналом приема РП возможен. В этом случае ослабления помех в полосе пропускания РП не происходит, . Кроме того, считая, что расположение ИП и РП соответствует максимальным значениям их диаграмм направленности, по­лагаем . Тогда

(3.8)

Остановимся на определении составляющих выражения (3.8). Одним из наиболее трудоемких является учет факторов, влияющих на ослабление помех антеннами, в частности составляющих . Для их нахождения часто используют приближенные соотношения, полученные методами геометрической те­ории дифракции.

Обычно для большинства радиолиний при прогнозировании ЭМС РЭС сос­тавляют упрощенные модели размещения антенн ИП и РП. (Модель имеет форму конуса, если, например, антенна ИП размещена на киле или крыльях самолета, а антенна РП — на фюзеляже, причем в таком месте, где фюзеляж затеняет ее). При прогнозировании считается, что для каждого объекта выполнена в соответствующем масштабе схема размещения антенн ИП и РП. Поэтому первой стадией является снятие координат точек размещения этих антенн. Затем координаты антенн, точек касания линий, соединяющих антенны ИП и РП, когда они находятся на цилиндре или конусе, точек плоскости затенения из декартовой системы координат для упрощения результатов вычислений переводят в полярные:

,

Вопрос о наличии или отсутствии заполнения антенн фюзеляжем, принимаемым за цилиндр, можно решить, рассмотрев взаимное положение прямой, соединяющей точки расположения антенн ИП и РП и поверхности цилиндра, т.e. вопрос о наличии затенения решается путем выяснения знака выражения

:

При >0 антенны могут быть затенены поверхностью цилиндра; при <0 между антеннами может существовать прямая видимость, если луч не встретит на своем пути плоскость крыла или выступающие части фюзеляжа.

Расстояние между антеннами

, если сигнал распространяется по прямой; , — по цилиндру;

— по конической спирали,

где

Значения определены через :

.

2. Оценка влияния основного излучения ИП по побочным каналам приема рецептора.

Если данная оценка проводится на начальных этапах проектирования объ­екта, аппаратуры, когда можно использовать только характеристики ИП и РП, заложенные в НТД, ослабление сигналов ИП ( ), связанное с избирательно­стью радиоприемных устройств на частоте fп, неизвестно и его можно принять для всех побочных каналов приема постоянным. Поскольку рассматривается основное излучение ИП, . Кроме то­го, сначала обычно не учитываются ослабления, обусловленные снижением ко­эффициента усиления антенны РП на частоте побочного канала, фильтром и линией передачи. Расчет проводится по формуле, дающей заниженные значе­ния :

(3.9)

Составляющие выражения (3.9) находят аналогично изложенному, затем оценивают величины и и определяют наличие влияния ИП на РП (оценка по зеркальному каналу ведется при соответствующем ослаблении для данного канала). Если влияния не обнаружено, анализ прекращают и переходят к следующему этапу.

Таблица 3.1

Поляризация антенны рецептора	Lпл, дБ, при поляризации антенны ИП
	горизонтальной		вертикальной		круговой
	G<10 дБ	G>10 дБ	G<10 дБ	G>10 дБ
Горизонтальной G<10 дБ G>=10 дБ Вертикальной G<10 дБ G>=10 дБ Круговой	0 0 16 16 3	0 0 16 20 3	16 16 0 0 3	16 20 0 0 3	3 3 3 3 0

Если ΔL>0, определяют возможность совпадения частот основного канала передачи с i-м побочным каналом приема:

,

где частота побочного канала соответствует выражению (опять ссылка на несуществующую формулу ).

При обнаружении соответствующего побочного канала приема необходимо уточнить степень влияния ИП, вводя поправку на неучтенные ранее ослабления: , определив предварительно их значения на час­тоте данного побочного канала приема. Если побочный канал приема не бу­дет обнаружен, то избирательность радиоприемного устройства можно увеличить на некоторое значение относительно заданного в НТД, например на 10, 20 дБ, и снова провести оценку воздействия помех на РП.

Если ослабления помех по каждому каналу приема известны, то сначала анализируют совпадение частот основного канала излучения и побочных каналов приема. Условие такого совпадения РП можно найти из неравенства

,

где m3 и m2 — порядковые номера гармоник основного излучения и гетероди­на; а — признак настройки гетеродина, равный

— полосы излучения радиопередающего устройства на уровне X дБ и пропускания радиоприемного устройства на уровне X дБ соответственно (сог­ласно НТД); fпч — промежуточная частота радиоприемника.

Затем для найденных частот производят проверку влияния НЭМП спосо­бом, аналогичным описанному выше. Если влияние помех не обнаружено, пе­реходят к следующему этапу.

3. Оценка влияния побочных и других паразитных излучений ИП на основной канал приема рецептора.

Если значения ослаблений на частотах побочных излучений неизвестны, оцен­ки проводятся в предположении постоянства для всех, побочных излучений. Поскольку прием помех происходит по основному каналу приема, . Кроме того, сначала не учитываются ослаб­ления, обусловленные уменьшением коэффициента усиления антенны ИП, филь­трами и линией передачи. Расчет проводится по следующей формуле:

, (3.10)

причем в качестве берется значение ослабления любых побочных излуче­ний (из НТД).

Затем сравнивают найденное значение и по знаку ΔL делают заключение о влияния ИП на РП. Если влияние не обнаружится, то дальнейший анализ прекращается.

При наличии этого влияния проводится проверка совпадения частот побоч­ных излучений с основным каналом приема:

.

Если эти частоты совпадают, проводится уточненный расчет. Для этого в вы­ражение (3.10) вводят поправку — неучтенные ранее осялабления , определив предварительно их значения на частоте побочного излучения.

Если ослабление каждой гармоники ИП, других паразитных излуче­ний известно, сначала анализируются совпадения частот этих составляющих ИП и основных каналов приема РП, а затем оценивают степень влияния ИП на РП аналогичным образом. После анализа результатов исследований этапов 2 и 3 принимается решение о дальнейшем проведении оценок. Если обнаруживается влияние основного излучения ИП на каналы побочного приема РП или по­бочных излучений ИП на основной канал рецептора, то оценивается влияние побочных излучений ИП на побочные каналы приема РП.

4. Оценка влияния побочных излучений ИП на побочные каналы приема PП. Сначала ослабления помех в источнике и рецепторе для всех часто побочных излучений и побочных каналов приема берут из НТД. Расчет , проводят по формуле

(3.11)

причем значения указанных ослаблений рекомендуется выбирать соответствен­но для наименьшей из частот побочных излучений. Эта формула также дает заниженное значение . Сравнивая полученное с , делают вывод о наличии или отсутствии влияния ИП на РП. Если ΔL<0, анализ прекращается.

Если влияние ИП на РП обнаруживается, проводят уточненную оценку. Для этого определяют частоты побочных излучений, совпадающие с побочными каналами приема, и повторяют расчет с учетом, соответственно определенным для этих частот.

Приведенные выше соотношения (3.8)—(3.11) не учитывают различия шири­ны полосы частот, занимаемой излучениями ИП , и полосы пропускания ре­цептора . Если > , вводится поправочный коэффициент:

для непрерывных шумоподобных сигналов с уровнем, выраженным в эффективных значениях, и

для импульсных сигналов с уровнями, выраженными в пиковых значениях. Значение этого коэффициента вычитается из , рассчитанного по формулам (3.3) —(3.11).

Описанный алгоритм оценки влияния ИП на РП приведен на рис. 3.2.

Групповая оценка. Общая схема анализа состоит в проверке допустимости помех для всех рецепторов в группе. Для i-го рецептора условия совместимости выполняются, если значение его критерия качества находится в допустимых пределах

,

где N — число ИП в рассматриваемой группе средств. Отличие от парной оценки состоит в следующем. Во-первых, при групповой оценке следует считаться с нелинейными явлениями в источниках и рецепторах НЭМП. Поэтому при анализе ЭМС в группе радио­средств требуется проверять не только воздействие на рецептор основного и побочного излучений каждого из передатчиков, но и интермодуляционных излучений. Для радиоприемника, кроме то­го, следует оценивать действие помех как при приеме по основному и побочным каналам приема, так и вследствие блокирования, перекрестных искажений и интермодуляции.

Рис. 3.2. Схема алгоритма оценки ЭМС РЭС

Другая особенность связана с самим критерием Q. Если поме­хи создаются источниками непрерывных сигналов и воздействуют на рецептор по основному или побочным каналам приема, не вызывая при этом явлений блокирования, перекрестных искажений или интермодуляции, их действие может считаться эквивалентным воздействию непрерывной помехи с мощностью

,

Проверка наличия ЭМС в этом случае состоит в сравнении от­ношения сигнал-помеха плюс шум с допустимым его значением для данного рецептора:

В случаях импульсных или импульсных и непрерывных помех результат их влияния не сводится к действию эквивалентной по­мехи с мощностью, равной сумме их мощностей, и требуется про­ведение более тонкого анализа, учитывающего как свойства помех, так и рецептора.

Перечисленные особенности резко увеличивают трудоемкость расчетов. Обычно они проводятся при дополнительных упрощаю­щих предположениях.

Например, сначала осуществляется после­довательно проверка воздействия всех ИП на РП по отдельно­сти (парная оценка), затем рассматривается влияние различных сочетаний из двух источников и т. д. Такие расчеты весьма тру­доемки из-за необходимости учета большого числа сочетаний ча­стот помех и каналов приема, а также нелинейных явлений в при­емнике. Практическая реализация их осуществляется с помощью ЭВМ по программам анализа, специализированным для опреде­ленных групп средств. Существуют программы анализа ЭМС на­земных связных средств, самолетных и корабельных радиотехниче­ских средств и т. д. Основными особенностями организации вычи­слений согласно указанным программам являются:

1. Наличие библиотеки исходных данных. В массиве исходных данных хранятся информация о параметрах ЭМС согласно существующей НТД (см. гл. 6), данные анализа или статистической об­работки параметров аналогичных средств, информация о парамет­рах радиотрассы, карты профиля местности и другие сведения, в зависимости от конкретного целевого назначения данной программы.

2. Наличие библиотеки подпрограмм, соответствующих моде­лям нежелательных излучений передатчиков, ослабления на радиотрассе, избирательности приемника по побочным каналам учета влияния интермодуляции, блокирования и перекрестных ис­кажений, расчета коэффициента связи антенн и т.д. Указанные подпрограммы позволяют рассчитать мощности помех, используя исходную информацию и числовую информацию из библиотеки данных.

3. Специальная организация вычислений, основанная на ис­пользовании так называемого отборочного принципа. Сущность отборочного принципа состоит в поэтапном учете различных ва­риантов возможных воздействий помех на РП и последователь­ном вычислении мощностей помех для каждого из этих вариан­тов. Собственно «отбор» заключается в том, что после каждого этапа вычисления исключаются те варианты воздействия помех, для которых найденное значение мощности помехи оказывается меньшим некоторого заранее выбранного порога (например, мень­ше (Pшi- 10) дБ, где Pшi - мощность собственных шумов i-го, РП, пересчитанная ко входу) .

Пусть, например, организуется оценка ЭМС в группе средств, состоящей из приемников и передатчиков. На этапе 1 производит­ся частотный отбор, заключающийся в проверке совпадения час­тот помех и каналов приема РП. Если для некоторого ИП (а так­же двух ИП, трех ИП и т. д.) ни одна из частот создаваемых им помех не совпадает с полосами частот приема всех РП в группе средств, этот источник исключается из дальнейшего рассмотрения как не представляющий опасности. Таким образом, сокращается число анализируемых сочетаний ИП и РП.

Для оставшихся комбинаций производится поэтапная оценка мощности помех для каждого i-го вида помех (основные, побоч­ные, интермодуляционные излучения) и 1-го канала приема в со­ответствии с соотношением (3.3):

(3.12)

Для организации поэтапной оценки члены в (3.12) представля­ются в виде суммы некоторого числа составляющих, сгруппирован­ных в порядке возрастания трудоемкости вычислений:

Мощности помех вычисляют в следующем порядке. Сначала учитывают только те составляющие, расчет которых наиболее прост:

и сравнивают найденное значение с пороговым. Если най­денная мощность помехи значительно меньше порогового значения: , воздействие j-го ИП считается неопасным и данный источник исключается из дальнейшего рассмотрения. Для оставшихся комбинаций последовательно проводятся уточненные оценки:

причем после каждого этапа вычислений производятся сравнения с пороговым значением и исключение из рассмотрения тех ИП, для которых найденная мощность помехи меньше порогового значения.

На заключительном этапе определяются уровни полезных сигналов, вычисляется критерий допустимости помехи [в простейшем случае — отношение ] и дается заключение о, наличии совместимости по значению этого критерия (в простейшем случае — по превышению этим отношением допустимого значения для данного рецептора).

Комплексная оценка. Она состоит в изучении воздействия группы ИП на группу РП. Если указанные РП образуют некоторую систему, должны учитываться их функциональные связи. Поэтому в отличие от групповой оценки здесь следует использовать модели сложной логики взаимодействия и более сложный показатель качества группы

.