Обеспечение эмс на уровне устройств.

Возникновение непреднамеренных помех также связано с обра­зованием нежелательных связей между элементами и блоками раз­личных радиотехнических, электронных и электротехнических уст­ройств. Воздействие помех возможно за счет любых механизмов связи, в том числе через антенны радиоустройств. В значительной степени уровень помех зависит от влияющих на ЭМС технических характеристик отдельных блоков, составляющих рассматриваемые устройства.

С методологической точки зрения в каждой конкретной ситуа­ции существует М потенциальных источников радиопомех с мощнос­тями Рипi(i=1,2,...) и N рецепторов, характеризуемых допустимы­ми значениями Рijдоп(j=1,2,...,N).

Анализ ЭМС позволяет, используя выражения (1.1), выявить потенциально опасные пары, для которых уровень действующей по­мехи превышает допустимое значение:

Pрп=Pипi + Liипl + Ljik + Ljрпs>Pijдоп.

Для обеспечения ЭМС на уровне устройств требуется принять такие меры, чтобы мощность действующей помехи P'рп не превышала допустимого значения. В принципе это можно обеспечить следующим образом:

1) ослабить НЭМП в месте их возникновения, чтобы L'iипl<Liипl;

2) ослабить НЭМП на пути их распространения, чтобы L'ijk<Lijk;

3) уменьшить восприимчивость РП к НЭМП, чтобы L'jрпs<Ljрпs.

Можно также повысить помехоустойчивость РП, используя различные меры защиты, например помехоустойчивые методы модуляции и коди­рования, вторичную обработку и т.д.: Р'ijдоп>Pijдоп. Выполнить условие P'рп<P'ijдоп можно различными выше рассмотренными прие­мами или их сочетаниями.

Выбор конкретного варианта определяет­ся технической целесообразностью и экономическими соображениями.

Рассмотрим этот вопрос с точки зрения стоимости. Допустим, что на стадии проектирования выявлена ij-я потенциально опасная пара источник-рецептор, для которой Pрп > Pijдоп. Для устранения помех необходимо ослабить уровень нежелательного воздействия не менее чем на g'ij=Pрп/Pijдоп за счет увеличения ослабления меж­ду ИП и РП, т.е. уменьшения Liипl,Ljik,Ljрпs или увеличения Pijдоп. Но это связано с определенными затратами на различные технические меры. Например, уровень побочных излучений передат­чика можно снизить, используя фильтры. Однако улучшение филь­трации будет сопровождаться ростом стоимости фильтра, его габа­ритов и массы. Кроме того, будут возрастать и прямые потери в полосе пропускания, что, в свою очередь, может потребовать не­которого увеличения мощности передатчика. Дополнительное ослабле­ние помех неизбежно сопровождается расходами и ухудшением мас­согабаритных показателей. Зависимость стоимости от достигаемо­го эффекта ослабления помех γк носит монотонный характер, причем, как правило, эта зависимость имеет тенденцию к непропорциональ­ному возрастанию с увеличением требуемого эффекта (рис. 6.3).

стоимость различные

факторы

γк

Рис.6.3 Зависимость стоимости от степени ослабления помех

ОбеспечениеЭМС на уровне объекта, системы

Под системой подразумевается техническая совокупность уст­ройств, обладающая определенными связями друг с другом и выпол­няющая заданные технические функции. В задаче обеспечения ЭМС системой может быть совокупность РЭС, размещенных на местности, на некотором объекте и т.д. Особенностью функционирования таких систем является возможность возникновения нежелательных связей как между элементами этой системы, так и с другими системами.

В основу обеспечения ЭМС на уровне объекта, системы поло­жен системный подход, включающий определение свойств РЭС, влияющих на другие средства в системе, выявление, описание и анализ связей, упорядочивание и организацию системы в целом. Результатом такого подхода должно быть достижение наилучшего качества работы совокупности РЭС. При этом большое значение придается системным свойствам объектов, обеспечивающих им функ­ционирование в данной совокупности РЭС. Решение этих задач опи­рается на анализ ЭМС в группе средств, конечная цель состоит в рациональной организации системы и соответствующем выборе пара­метров ее элементов.

Эти параметры можно условно разделить на две группы. Отне­сем к первой из них те, изменение которых, улучшая качество работы отдельных средств, не приводит к изменению условий работы других средств в системе. Примерами таких параметров являются показатели эффективной избирательности радиоприемни­ков, показатели помехоустойчивости отдельных РЭС, эффективность экранирования элементов РЭС и т.д. Обозначим их как x'i=(x'1i,... x 'ji,...), где i = 1,2,...,N соответствует номеру средства; j = 1,2,...,M1j - номеру параметра.

Вторая группа объединяет такие параметры, изменение кото­рых влияет как на индивидуальные показатели отдельных средств, так и на условия работы средств в группе. К ним относятся функциональные показатели РЭС: значения рабочих частот и полос частот, мощности радиопередатчиков, чувствительности приемников, коэффициенты усиления антенн и т.д., и специ­фические параметры РЭС, влияющие на ЭМС, например уровни побо­чных излучений передатчиков. Обозначим эти параметры через x"i=(x"1i,x"2i,...,x"ji,...), где i=1,2,...,N; j=1,2,...,M"2i.В любой конкретной задаче пределы изменения параметров x'i,x"i ограничены техническими, организационными, экономичес­кими и другими факторами. Например, возможность изменения рас­положения РЭС определяется заданной территориальной областью, пределы изменения рабочих частот - выделенной полосой и т.д.: x' принадлежит W x1 , а x" - Wx2, где Wx1, Wx2 - математические условия соответс­твующих ограничений. Качество работы каждого s-го средства можно охаракте­ризовать показателем Qs, отражающим выполняемые им функции. Значение Qs некоторого s-устройства, функционирующего в идеали­зированных условиях, зависит только от его собственных парамет­ров x's,x"s. В ЭМО, созданной РЭС различного назначения, ка­чество работы каждого РЭС зависит также от параметров других РЭС: Qs=Qs(x'1,x"1,...,x'i,x"i,...). Для группы РЭС (системы) также можно ввести показатель качества Q∑, отражающий выполне­ние поставленных задач совокупнстью РЭС. Эта величина зависит от индивидуальных показателей качества РЭС в группе и, следова­тельно, от их параметров x'i,x"i: Q∑=Q∑ (Q1,...,Qs,...)=Q∑ (x'1,x"1,...). Общий характер влияния параметров выделенных групп на ин­дивидуальные и совокупные показатели качества различен. Пара­метры первой группы влияют только на показатель качества от­дельных РЭС. Совершенствование этих средств одновременно улуч­шает качество работы системы в целом (рис. 6.4). Изменение па­раметров второй группы, улучшая показатели одного средства, од­новременно влияет на условия работы других средств. Например, увеличение мощности передатчика i-го средства улучшает отноше­ние сигнал-помеха приемника, принимающего данное сообщение (Qi возрастает, см. рис. 6.5). В то же время увеличение мощности этого передатчика может ухудшить отношение сигнал-помеха в тех приемниках, для которых излучения данного передатчика являются помехами (Qi убывает, см. рис. 6.5).

Рис. 6.4 x’ Рис.6.5 x”

Поэтому параметры второй группы, наилучшие для совокупности РЭС, являются результатом компромисса. Возможны два подхода к задаче выбора указанных па­раметров в системе. Согласно одному из них требуется найти оптимальное значение варьируемых параметров (х*), при которых дос­тигается наилучшее (экстремальное) значение показателя качества для всей совокупности РЭС:

Q∑ (x*)=мкс., x принадлежит Ω x. (6.1)

Решение этой задачи соответствует также наиболее эффектив­ному использованию РЧР (или некоторой его части) данной группой РЭС.

Другой подход предполагает нахождение только приемлемого решения, т.е. такой совокупности варьируемых параметров (ũ), при которой значение критерия качества не хуже заданного:

Q∑ (ũ)≥Qдоп, ũ принадлежит Ω u. (6.2)

Практическая реализация обоих подходов сопряжена со значи­тельными трудностями и требует индивидуального творческого под­хода в каждой конкретной ситуации. Перечислим особенности задач и причины возникновения этих трудностей.

Общим для любых подобных задач является то, что с ростом числа варьируемых параметров существенно расширяются потенци­альные возможности и одновременно резко возрастают трудности, обусловленные увеличением размерности задачи. Аналогичное поло­жение складывается при выборе математической модели взаимодейс­твия в рассматриваемой группе РЭС: чем более подробной является задача, тем более достоверны результаты ее решения. Однако уточнение модели сопровождается ее усложнением, что затрудняет или делает вовсе невозможным ее использование. Напротив, упро­щение модели ведет к упрощению и ускорению получения решения. Однако при этом снижается его эффективность и оно может ока­заться не только не оптимальным, но и вовсе непригодным из-за влияния неучтенных факторов. Для обеспечения ЭМС дополнительные трудности создает приближенный характер исходной информации, так как нередко отсутствуют достоверные сведения об отдельных параметрах РЭС (например, ввиду невозможности точного прогноза некоторых характеристик). Поскольку описания являются прибли­женными, соответственно приближенными окажутся и решения.

Выбор показателя качества (целевой функции) связан с ана­логичными соображениями. Показатель качества, с одной стороны, должен быть максимально простым, а с другой - достаточно полно отражать требования к качеству функционирования с учетом усло­вий ЭМС. В качестве целевых функций чаще всего используются значения уровней принятых помех или отношений сигнал-помеха. 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 (6.2) состоит в определении та­ких значений варьируемых параметров, при котором достигается оптимальное значение целевой функции. С математической точки зрения следует найти экстремум функции нескольких переменных х при наличии дополнительных ограничений варьируемых параметров: x принадлежит Ωx. Особенность решения этой задачи состоит в том, что воз­можность нахождения наибольшего (глобального) экстремума, как и метод его нахождения, существенно зависит от вида математичес­кого выражения целевой функции Q∑. Для произвольных Q∑ и Ω x ре­шение не единственное, так как Q∑ имеет несколько экстремумов в области Ωx. Отыскание среди них наибольшего представляет собой сложную вычислительную задачу. Наиболее благоприятна ситуация, когда целевая функция и ограничения являются линейными или вы­пуклыми (вогнутыми). В этих случаях решение единственно и мо­жет быть достаточно легко получено с использованием традицион­ных вычислительных процедур. Таким образом, при построении це­левой функции, а также математической модели следует по мере возможности стремиться к записи в таком виде, который позволит эффективно решать задачу оптимизации. Некоторые примеры этого рода будут приведены далее.

Решение системы неравенств (6.2) оказывается более прос­тым, особенно при определенных видах функций, описывающих по­казатели качества Q∑ и множество ограничений Ωx. Однако эффективность найденных решений может оказаться недостаточной, так как они являются только одними из возможных, а не наилучшими.

В силу перечисленных особенностей сложной системы практи­чески невозможно решить полностью задачу обеспечения ЭМС в виде (6.2) и тем более (6.1). Практическое применение подхода, осно­ванного на совместном выборе параметров, становится целесооб­разным при сокращении их числа и введении различных упрощающих предположений. Существо их различно и зависит от конкретной си­туации.