способ радиосвязи в дкмв-диапазоне

Формула изобретения

Способ связи в ДКМВ-диапазоне, включающий ионосферное распространение радиоволн между передатчиком и приемником, отличающийся тем, что в качестве пассивного ретранслятора используют рассеяние радиоволн земной поверхностью, для чего передаваемый радиосигнал излучают в направлении области интенсивного рассеяния сигнала землей, не совпадающем с направлением на корреспондента, на которую ориентируют и приемную антенну.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области техники радиосвязи, а более конкретно - радиосвязи с использованием пассивных ретрансляторов, и может быть использовано для связи в ДКМВ-диапазоне.

Известен способ радиосвязи в ДКМВ-диапазоне с использованием пространственной (ионосферной) радиоволны, распространяющейся между передатчиком и приемником по кратчайшему расстоянию - дуге большого круга [1]. Качество связи при этом зависит от состояния ионосферы вблизи точек отражения радиоволны, которое, в свою очередь, зависит от многих факторов, к важнейшим из которых относится освещенность ионосферы солнцем. В результате, максимальные частоты, отражаемые ионосферой, испытывают периодические изменения и зависят от времени суток, года, фазы солнечного цикла и ряда других причин. В ночные часы эти частоты могут стать настолько малы, что связь прерывается. Для обеспечения связи в эти часы обычно используются иные способы связи или активные ретрансляторы, что не всегда возможно или экономически оправдано.

Основной технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является увеличение времени связи в ДКМВ-диапазоне, что оказывается особенно существенным для радиотрасс средней протяженности (500-3000 км), увеличение помехозащищенности связи и уменьшение уровня помех для работы других систем связи.

Технический результат достигается тем, что в способе радиосвязи в ДКМВ-диапазоне, включающем ионосферное распространение радиоволн между передатчиком и приемником, в качестве пассивного ретранслятора используют рассеяние радиоволн земной поверхностью, для чего передаваемый радиосигнал излучают в направлении области интенсивного рассеяния сигнала землей, не совпадающем с направлением на корреспондента, на которую ориентируют и приемную антенну.

Основным отличительным признаком предлагаемого способа является то, что для связи используют рассеяние сигнала поверхностью земли в стороне от дуги большого круга, соединяющего передатчик и приемник, для чего передающую и приемную антенны ориентируют в направлении выбранной для данной трассы области рассеяния, при этом азимуты излучения и приема могут существенно (до 90 и более градусов) отличаться от направления на корреспондента. Местоположение такой области определяют на основании предварительно проводимых расчетов и измерений.

На фиг.1. приведена функциональная схема системы радиосвязи, реализующей предлагаемый способ связи, на фиг.2 приведены результаты эксперимента, подтверждающего возможность использования рассеяния сигнала поверхностью земли для радиосвязи.

О возможности рассеяния радиоволны неровной земной поверхностью известно давно. Этот эффект при обратном рассеянии и приеме сигнала в точке излучения был экспериментально обнаружен в СССР в 1947 г. и зарегистрирован в качестве открытия в 1951 г [2]. Этот эффект, часто называемый «эффектом Кабанова», используется для целей загоризонтной радиолокации, исследований ионосферы и околоземного космического пространства [3-6]. В случае приема в точке излучения сигналы, рассеянные землей, (СРЗ) принято называть сигналами возвратно-наклонного зондирования и исследованиям их свойств посвещена обширная литература, обзор которой можно найти, например, в [3]. Работ, посвященных свойствам СРЗ на трассах наклонного зондирования, существенно меньше [2, 6], однако и их существование можно считать установленным. Сведения об их использовании для радиосвязи неизвестны. Последние наши исследования [7, 8] позволили установить ряд важных свойств СРЗ и возможность их использования для связи.

Существование сигналов, рассеянных землей, сомнений не вызывает и неоднократно регистрировалось экспериментально. Для получения возможности передачи информации с использованием СРЗ необходимо обеспечение достаточного для работы связной аппаратуры соотношения сигнал/помеха в точке приема; при этом степень многолучевости будет ограничивать скорость передачи информации. В случае использования СРЗ для передачи информации, существенно, что в случае высоких МПЧ прямой радиотрассы, он будет приниматься одновременно с модами регулярного распространения, которые затрудняют его прием и зачастую делают использование канала СРЗ бессмысленным, поскольку для связи более подходят регулярные моды. Поэтому важно работать на частотах выше МПЧ прямой трассы и ориентировать диаграммы направленности антенн в направлении области рассеяния, что позволяет увеличить соотношение сигнал/помеха и уменьшить помеху от прямого сигнала в случае его появления.

Способ осуществляют следующим образом.

На основании расчетов или непосредственных измерений выбирают участки земной поверхности, рассеяние сигналов которыми позволяет обеспечить радиосвязь на данной радиотрассе. В направлении выбранного участка ориентируют диаграммы направленности передающей и приемной антенн. Частоты для связи выбирают, исходя из необходимости обеспечения прохождения сигналов на участках трассы передатчик-область рассеяния и область рассеяния-приемник. Желательна работа вблизи МПЧ такой трассы, что обеспечивает максимальное соотношение сигнал/шум и минимальную многолучевость. Рабочие частоты при этом могут превышать максимально-применимую частоту (МПЧ) прямой радиотрассы.

Из изложенного очевидно, что связь с использованием СРЗ требует индивидуального для каждой радиотрассы или группы трасс выбора области рассеяния и ориентации в ее направлении приемной и передающей антенн.

Возможность использования предлагаемого способа демонстрируется результатами эксперимента по приему сигнала наклонного зондирования на радиотрассе Кипр-Н.Новгород протяженностью 2600 км в период с декабря 2002 г. по декабрь 2003 г. [7, 8].

На передающем конце радиотрассы работала станция наклонного зондирования ионосферы, которая принималась в Н.Новгороде. По результатам приема строилась ионограмма наклонного зондирования (зависимость времени распространения сигнала от рабочей частоты). Одна из этих ионограмм приведена на фиг.2а. Интенсивность принимаемого сигнала на ней передается интенсивностью цвета. На этой ионограмме, кроме обычных мод распространения 1F2 и 2F2, присутствует также мода сигнала рассеянного землей (СРЗ), которую и предлагается использовать для связи. Всего за период измерений было получено около 3000 подобных ионограмм, на 500 из которых зарегистрирован СРЗ. Как видно из приведенного примера, СРЗ принимается как на частотах ниже МПЧ прямой радиотрассы (МНЧ 1F2), так и выше ее, обеспечивая возможность расширения рабочего диапазона частот и возможность связи в часы отсуствия сигнала на прямой радиотрассе. Здесь же приведена рассчитанная ионограмма (фиг.2б). Для ее получения использовалась программа трассовых расчетов [9], базирующаяся на модели ионосферы IRI-91. Эта программа не учитывает возможность появления рассеянных землей сигналов и, естественно, их нет и на расчетной ионограмме, однако для прямой радиотрассы результаты расчетов и моделирования неплохо совпадают.

Полученные результаты демонстрируют возможность использования СРЗ для связи. Связь с использованием СРЗ возможна в часы, когда нет прохождения сигнала по прямой трассе, что позволяет увеличить время связи в ДКМВ-диапазоне. Оценка энергетического потенциала радиолинии, проведенная с использованием результатов экспериментов, показывает, что связь возможна при использовании стандартных связных радиостанций мощностью несколько сотен ватт (например, широкое использование авиационной радиостанции Р-864 [10]) и стандартных связных антенн с коэффициентом усиления 10-15 дБ. Скорость передачи информации при этом вряд ли превысит 4-50 бит/с.

Литература

1. А.И.Калинин, Е.Л.Черенкова. Распространение радиоволн и работа радиолиний. - М.: Связь, 1971, 482 с. (Прототип)

2. Диплом № 1 (СССР) «Бюллетень изобретений» Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР, 1959, № 19.

3. Кабанов Н.И., Осетров Б.И. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М.: Сов. радио, 1965, 112 с.

4. Алебастров В.А., Гойхман Э.Ш., Заморин И.М. и др. Основы загоризонтной радиолокации. М.: Радио и связь, 1984, 256 с.

5. Иванов В.А., Рябова Н.В., Шумаев В.В. Основы радиотехнических систем ДКМ-диапазона. Йошкар-Ола, 1998, 204 с.

6. Чернов Ю.А. Возвратно-наклонное зондирование ионосферы. М.: Связь, 1971, 203 с.

7. Брянцев В.Ф., Макаров А.В., Стародубровский А.С. Измерения в Российской сети трасс НЗ с целью оценки потенциальных возможностей ДКМВ радиосвязи. Труды 10 международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь». Воронеж, 2004 г.

8. Отчет по ОКР «Планета». "Разработка технологии ионосферного мониторинга на основе модернизации разработанных средств и новых методов", этап 1, № гос. регистрации У84884, Н.Новгород, 2002.

9. Понятов А.А., Урядов В.П. Компьютерное моделирование ионосферного распространения коротких радиоволн. Препринт №248, Н.Новгород: НИРФИ, 1996, 20 с.

10. Радиостанция Р-864. Техническое описание.