Порядок выбора рабочих частот для круглосуточной работы линий коротковолновой радиосвязи

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РАСЧЕТА

Порядок выбора рабочих частот для круглосуточной работы линий коротковолновой радиосвязи

В настоящее время одним из наиболее распространенных методов определения рабочих частот для коротковолновой радиолинии, работающей ионосферной волной, является графоаналитический с использованием месячных прогнозов МПЧ. Порядок пользования месячными прогнозами с необходимыми для расчетов графиками и номограммами изложен в [1, 3].

Следуя указанным в данных источниках рекомендациям, необходимо:

1) используя лист кальки размером 100 150 мм, а также карту мира и карту больших кругов месячного прогноза, определить длину трассы, координаты точек отражения электромагнитной волны (ЭМВ) от ионосферы и, при необходимости, координаты контрольных точек;

2) по ионосферным картам прогноза МПЧ слоев F2, F1, E и соответствующим номограммам определить МПЧ трассы для каждого четного часа московского декретного времени;

3) рассчитать ОРЧ трассы с учетом особенностей отражения ЭМВ от соответствующих слоев ионосферы;

4) результаты обработки месячного прогноза и расчета ОРЧ представить в форме таблицы, вид и примерное содержание которой показаны в приложении 2;

5) построить график суточного хода МПЧ и ОРЧ, вид которого показан на рисунке 1 приложения 2;

6) определить номиналы и порядок использования рабочих частот, обеспечивающих круглосуточную работу радиолинии, отразив полученные результаты на графике суточного хода МПЧ и ОРЧ.

Порядок выполнения каждого из указанных пунктов приведен ниже.

1.1. Графический способ определения длины трассы

И координат точки отражения

Кратчайшим расстоянием между любыми двумя пунктами на Земном шаре является отрезок дуги большого круга. На карте больших кругов изображена сеть дуг больших кругов, покрывающих весь Земной шар и пересекающих экватор в двух точках. Линия экватора и дуги больших кругов проведены сплошными линиями. Пунктирные и штрихпунктирные линии рассекают дуги больших кругов и линию экватора на равные по длине отрезки. Штрихпунктирные линии, обозначенные числами от 1 до 19, делят дуги больших кругов на отрезки длиной 1 000 км. Промежуточные пунктирные линии делят эти отрезки на части по 500 км.

Для определения длины трассы необходимо выполнить следующие операции:

– наложить лист кальки на карту мира (рис. 1) и провести на ней линии экватора и меридиана 45° в. д., местного времени, соответствующего московскому декретному, по которому обычно ведется связь;

– отметить точками места передающей и приемной станций по их географическим координатам;

– наложить лист кальки на карту больших кругов (рис. 2), совместив линию экватора на кальке и карте. Смещая кальку вправо или влево вдоль линии экватора, подобрать такое положение, при котором точки, соответствующие передающей и приемной станциям, попали бы на одну дугу большого круга или заняли промежуточное положение между соседними дугами;

– соединить точки передачи и приема, прочертив линию по дуге большого круга, и, не сдвигая кальки, определить длину трассы;

– на вычерченной трассе, не сдвигая кальки, отметить точку отражения или контрольные точки. Радиолиния имеет одну точку отражения, расположенную в середине трассы, если расстояние между корреспондентами до 4 000 км – при отражении от слоя F2, до 3 000 км – при отражении от слоя F1 и до 2 000 км – при отражении от слоя Е. В случае, когда протяженность линии радиосвязи оказывается более указанных расстояний, необходимо отметить две контрольные точки. При этом контрольные точки отмечаются на расстояниях, отстоящих от концов трассы радиосвязи на 2 000 км, – для слоя F2, на 1 500 км – для слоя F1 и на 1 000 км – для слоя Е;

– после нахождения точки отражения или контрольных точек кальку переносят на карту мира и определяют их координаты.

Рис. 1. Карта мира

Рис. 2. Карта больших кругов

Определение МПЧ для трасс протяженностью

До 4 000 км

Для определения МПЧ для трасс протяженностью короче 4 000 км используют карты F2-0-МПЧ (рис. 3) и F2-4000-МПЧ (рис. 4).

По известным координатам точки отражения данной радиолинии снимают значения МПЧ для нулевого расстояния и для 4 000 км с ионосферных карт слоя F2. Снимать данные МПЧ можно также путем наложения кальки на ионосферные карты и по точке отражения определять значение МПЧ для каждого четного часа московского декретного времени. Снятые данные сводятся в таблицу 1 (прил. 2).

Рис. 3. Вариант карты F2-0-МПЧ

Определение МПЧ по слою F2 для радиолинии заданной протяженности производят по номограмме (прил. 4), для чего на верхней шкале номограммы отмечают значение МПЧ для нулевого расстояния (F2-0-МПЧ), на нижней – для расстояния 4 000 км (F2-4000-МПЧ) и соединяют эти точки прямой линией. Проекция точки пересечения данной линии с горизонтальной линией, соответствующей длине трассы параллельно наклонным линиям, позволяет определить МПЧ для трассы по нижней шкале номограммы. Если номиналы частот, снятые с карты F2-4000-МПЧ, больше 34 МГц, то эти величины для 0-МПЧ и для 4000-МПЧ необходимо разделить на два и по уменьшенным значениям снять с номограммы МПЧ для трассы, а затем умножить полученный результат на два.

Рис. 4. Вариант карты F2-4000-МПЧ

Расчеты МПЧ по картам F1 и Е производятся следующим образом. Лист кальки с нанесенной трассой радиосвязи, точкой отражения (контрольными точками), линиями экватора и меридиана московского декретного времени (45^о в. д.) накладывают на карту F1-3000-МПЧ (рис. 5) или Е-2000-МПЧ (рис. 6).

В данном случае необходимо, чтобы линии экваторов совместились, а линия меридиана 45^о в. д. совпала на карте с линией того часа, для которого необходимо получить МПЧ в московском декретном времени. Значение МПЧ при этом определяют по точке отражения.

Рис. 5. Вариант карты F1-3000-МПЧ

Рис. 6. Вариант карты Е-2000-МПЧ

Перемещая кальку вдоль карты F1 или Е, определяют МПЧ в точке отражения для каждого часа московского декретного времени. Пересчет снятых значений МПЧ с карт F1 или Е на необходимое расстояние производится по номограммам соответственно (прил. 5, 6). На левой шкале номограмм откладываются величины F1-3000-МПЧ или Е2-2000-МПЧ, определенные по картам, на правой шкале – расстояние, определяемое длиной радиотрассы в километрах. Обе точки соединяются прямой линией и в точке ее пересечения со средней шкалой определяют МПЧ для данной трассы.

Если длина радиотрассы оказалась более 3 000 км, то МПЧ для слоя F1 определяют по двум контрольным точкам, отстоящим от концов трассы на расстояние 1 500 км. При этом из двух значений МПЧ выбирают наименьшее. Аналогично и для слоя Е, если трасса оказалась длиннее 2 000 км. Контрольные точки при этом берут на расстоянии 1 000 км от концов трассы.

Пересчет определенных значений F1-3000-МПЧ и Е-2000-МПЧ для данного случая по номограммам не производят. Снятые значения МПЧ удобно сводить в таблицу (табл. 1, прил. 2).

После определения значений МПЧ для всех слоев (F1, F2, E) выбирают наибольшее значение МПЧ и вычисляют значение ОРЧ, учитывая, что F2-ОРЧ = 0, 85F2-МПЧ, F1-ОРЧ = 0, 95F1-МПЧ и Е-ОРЧ = Е-МПЧ. Кроме того, из той же таблицы определяется рабочий слой (слой отражения). Тот из слоев (E, F1, F2), которому соответствует наибольшее значение МПЧ трассы, и является отражающим.

Все данные расчета, как уже было указано, сводят в одну таблицу (табл. 1, прил. 2), после чего вычерчивают график суточного хода МПЧ и ОРЧ (рис. 3, прил. 2).

Более 4 000 км

Для данных трасс МПЧ рассчитывается главным образом с учетом отражения от слоя F2, так как в большинстве случаев МПЧ этого слоя оказывается выше МПЧ других слоев. Определение МПЧ производится только по картам F2-4000-МПЧ для двух контрольных точек. Контрольные точки выбираются на расстоянии 2 000 км от концов трассы. Для четных часов московского декретного времени с карт по координатам контрольных точек определяют значение МПЧ и из двух полученных значений выбирают меньшее.

1.4. Определение номиналов и порядок использования рабочих частот, обеспечивающих круглосуточную работу радиолинии

Определение рабочих частот, на которых можно осуществить радиосвязь в течение суток, производится, исходя из условий:

– за сутки, (1)

– за сутки. (2)

Время смены частот определяют графически, проведя горизонтали на уровне дневной и ночной частот до пересечения с графиком суточного хода ОРЧ.

После определения дневных и ночных рабочих частот, а также времени их смены необходимо произвести энергетический расчет радиотрассы, то есть оценить условия осуществления радиосвязи в радионаправлении, используя исходные данные, полученные в ходе предыдущих расчетов.

Расчет мощности сигнала

Для определения мощности сигнала на входе приемного устройства можно воспользоваться уравнением радиопередачи [1], в состав которого входят известные из курса РРВ параметры:

. (5)

При этом мощность передатчика , коэффициенты полезного действия фидера , определены заданием, электрические параметры ромбических антенн , , в зависимости от длины радиотрассы, приведены в таблице 1 (прил. 3), а рабочая длина волны (ночная и дневная) определена при выполнении первого пункта работы.

Следовательно, в уравнении (5) неизвестными являются лишь два сомножителя: – множитель, учитывающий ослабление энергии электромагнитной волны при ее прохождении через ионосферу, и – множитель, учитывающий ослабление энергии ЭМВ за счет ее сферической расходимости.

Принимая во внимание особенности распространения ЭМВ в ионосфере, выражение для множителя ослабления в данном случае можно представить в виде [2]

, (6)

где n – число отражений от ионосферы, определяющееся как большее целое от величины:

– при отражении от слоя Е,

– при отражении от слоя F1,

– при отражении от слоя F2;

Г – полный коэффициент поглощения в ней.

Расчет коэффициента Г производится по методу Казанцева [1, с. 118, 119].

Полный коэффициент поглощения в ионосфере определяется как сумма коэффициентов поглощения в зависимости от того, отражающим или поглощающим является каждый из составляющих ее слоев:

. (7)

Таким образом, полный коэффициент поглощения Г определяется выражениями:

при отражении от слоя Е

; (8)

при отражении от слоя F₁

; (9)

при отражении от слоя F₂

, (10)

где

– коэффициент поглощения в слое D; (11)

– коэффициент поглощения при отражении от слоя Е; (12)

– коэффициент поглощения при прохождении слоя Е; (13)

– коэффициент поглощения при отражении от слоя F1; (14)

– коэффициент поглощения при прохождении слоя F1; (15)

– коэффициент поглощения при отражении от слоя F2; (16)

f – рабочая частота;

f_d – продольная составляющая гиромагнитной частоты (f_d ≈ 1 МГц);

f_oE – критическая частота слоя Е, определяемая по номограмме (прил. 6) для нулевого расстояния;

j – угол падения волны на ионосферный слой, соответствующий индексу угла.

При этом без большой погрешности углы падения на ионосферные слои можно принимать равными, то есть – если отражающим является слой F2, – если отражающим будет слой F1, – при отражении от слоя Е.

Угол падения волны на ионосферный слой определяется выражением

, (17)

где а – радиус Земли;

– геоцентрический угол; (18)

– действующая высота отражения радиоволны.

Действующая высота отражающего слоя в зависимости от времени суток и рабочего слоя определяется выражениями:

E= 110 10 км – для слоя Е; (19)

F₁=250 25 км – для слоя F₁; (20)

, км – для слоя F₂днем; (21)

, км – для слоя F₂ ночью, (22)

где W – число Вольфа, указанное в месячном прогнозе;

N – номер месяца, для которого производится расчет.

Длина пути, проходимого радиоволной от точки передачи до точки приема, определяется выражением

, (23)

где r – расстояние от точки передачи до точки приема по поверхности Земли;

n – число отражений от ионосферы.

Таким образом, после проведения всех необходимых промежуточных расчетов следует определить величину по формуле (5). Расчет производится на сутки, то есть для 24 часов, но иногда достаточно только для 0 и 12 часов местного времени, когда отношение предположительно может быть наименьшим.

В то же время, если считать, что все элементы тракта приема согласованы, то легко определить и напряжение сигнала на входе приемного устройства по известной из теории цепей формуле:

, (24)

где – входное сопротивление приемника, которое в КВ-диапазоне, как правило, равно 50 Ом.

Если при этом окажется, что для полученного значения условие (4) не выполняется, то, прежде чем продолжить расчет, следует внести коррективы в технические параметры радиолинии, предварительно согласовав их с преподавателем.

Расчет мощности помехи

Мощность, развиваемая внешними помехами на входе согласованного приемника, соответствует

, (25)

где – напряжение помехи на входе приемника.

В свою очередь, на входе согласованного приемника определяется по формуле

, (26)

где – результирующее значение напряженности поля помехи в точке приема;

– действующая длина антенны;

– коэффициент рассогласования помехи по поляризации;

– полоса частот, в которой производится прием сигнала, выраженная в кГц;

– коэффициент направленного действия используемой при измерении уровня помех штыревой антенны (его величина в КВ – диапазоне принимается равной 3).

Из теоретического курса РРВ известно, что наибольшими по уровню помехами в КВ – диапазоне являются атмосферные ( ), промышленные ( ) и станционные ( ). В виду того, что данные помехи относятся к классу аддитивных, результирующее значение напряженности поля помехи в точке приема будет составлять

, мкВ/м. (27)

В настоящее время существуют различные методы и методики оценки уровней помех, самый точный из которых – экспериментальный. Все теоретические методы опираются на результаты статистической обработки экспериментальных данных и имеют ту или иную степень достоверности. Большой разницы в точности методов нет, поэтому при выполнении ДКЗ можно воспользоваться самым простым: определить уровень перечисленных выше помех по графику, представленному на рисунке 7.

Для промышленных помех 1 – промышленный район города, 2 – жилой район города, 3 – сельская местность, 4 – удаленные малонаселенные районы.

Рис. 7. Величина помех

Действующая длина приемной антенны при приеме ненаправленных помех определяется выражением

, (28)

где – рабочая длина волны;

– сопротивление излучения антенны (определяется по графику, приведенному на рисунке 8) [1, с. 337];

– коэффициент полезного действия фидера (определяется по заданию);

– коэффициент полезного действия антенны (определяется по данным таблицы 1 (прил. 3), исходя из исходных данных);

– постоянная величина, равная 3, 14.

Рис. 8. Сопротивление излучения ромбической антенны

Согласно заданию, в качестве приемной антенны рассматривается антенна РГ. Так как данный тип антенн предназначен для приема горизонтальной составляющей ЭМП, а все рассмотренные выше помехи являются преимущественно вертикально поляризованными, то по этой причине степень рассогласования по поляризации учитывается путем ввода в соответствующие формулы коэффициента , который для Европейской части территории России можно принять равным 0, 3.

Расчет коэффициента защиты

Коэффициент защиты К, определяющий необходимую величину превышения уровня сигнала над уровнем помехи в точке приема, учитывает ряд специфических физических явлений, имеющих место при приеме электромагнитных волн различных диапазонов, и представляется в виде

(29)

или

. (30)

Величина коэффициента защиты для неизменных по уровню сигнала и помехи зависит от вида работы, то есть от типа оконечного устройства, и заданной верности приема. Количественно данный коэффициент для телефонных видов работы (ТЛФ) может быть определен по таблице 1.

Для телеграфных видов работы (ТЛГ) коэффициент рекомендуется определять по формуле

, (31)

где – вероятность ошибки при приеме телеграфного сигнала, связанная с заданной верностью приема соотношением .

Таблица 1

Определение коэффициента К₁для ТЛФ – режима

Качественная оценка приема и разборчивости несвязных слов, %
АМ	ОМ	ЧМ
mf=1	mf=3	mf=10
Минимально удовлетворительно – 80
Удовлетворительно – 90
Хорошо – 95
Отлично – 98

Величина коэффициента , учитывающего наличие в канале радиосвязи быстрых замираний сигнала и помехи, а также число разнесений на прием определяется по таблице 2.

Таблица 2

Определение коэффициента К₂

Процент времени обеспеченного приема (требуемая вероятность приема) Р_п, %	Потеря достоверности за счет быстрых замираний (1–Р_п), %	К₂ (дБ) при числе разнесений на приеме
Одинарный прием	Сдвоенный прием	Строенный прием
			–2, 5	–3, 5
			–0, 5	–2
			+0, 5	–1
		8, 2	2, 5
		11, 4	4, 4	1, 5
			6, 5
				4, 4
99, 5	0, 5		9, 5
99, 9	0, 1
99, 99	1–0, 01			12, 5

При этом для ТЛГ верность приема – со знаком «+».

Для ТЛФ достоверность приема соответствует

«отл.» – 98 %,

«хор.» – 95 %,

«удовл.» – 90 %.

Величину коэффициента , учитывающего медленные изменения отношения сигнал/помеха, принято определять графоаналитическим методом с использованием выражения

, (32)

где – нормированное значение отклонения случайной величины от ее медианы (зависит от требуемой надежности связи и определяется по таблице 3);

– стандартное отклонение случайной величины, которую на основании обобщения многолетних измерений можно принять равной 8 дБ.

Таблица 3

Определение величины t_pв зависимости от надежности связи

Надежность связи										99, 9
t_p		0, 3	0, 5	0, 85		1, 27	1, 7	2, 1	2, 37	3, 1

После определения параметров , , К их численные значения подставляются в формулу (3) и в зависимости от того, выполняется указанное неравенство или нет, делается вывод о пригодности или непригодности рабочей частоты для работы радиолинии с заданными техническими и эксплуатационными параметрами.

КонтрольнАЯ РАБОТА

«Оценка условий осуществления радиосвязи

Ромбических антенн

Тип антенны	Длина радиотрассы, км	Д		Диапазон рабочих частот, МГц
	600÷ 1 000		0, 6	4÷ 10
	1 000÷ 2 000		0, 7	7÷ 12
	2 000÷ 3 000		0, 7	7, 5÷ 20
	> 3 000		0, 8	12÷ 20