Учебное пособие "Теория электросвязи" (конспект лекций)

ЛЕКЦИЯ №1: ВВЕДЕНИЕ. НАЗНАЧЕНИЕ

АВИАЦИОННОЙ РАДИОСВЯЗИ

1. Назначение авиационной радиосвязи

Радиосвязь - основное средство управления авиационными частями, подразделениями и отдельными экипажами ВС.

Всякое нарушение связи ведет к потере управления, что может привести к ухудшению качества, а в ряде случаев к невыполнению поставленной боевой задачи.

На радиосвязь возлагаются следующие задачи:

• передача и прием срочных сигналов и команд по приведению частей, подразделений и отдельных экипажей в необходимое состояние готовности;

• прием на пунктах управления информации, необходимой командиру для принятия решения на предстоящие действия;

• обеспечение доведения приказов, приказаний и распоряжений командира до подчиненных и получения от подчиненных донесений о выполнении поставленной задачи и различной информации;

• обеспечение обмена информацией между взаимодействующими силами авиации при выполнении ими общей задачи;

• обеспечение управления ВС на всех этапах полета от взлета до посадки;

• обеспечение управления тылом, снабжающим авиацию всем необходимым для ведения боевых действий.

2. Обобщенная структурная схема системы радиосвязи

Отправителем и получателем сообщений могут выступать как человек, так и различного рода технические устройства, обеспечивающие формирование, регистрацию, хранение и использование сообщений. Сообщения могут быть в виде речи, буквенно-цифрового текста, изображения, цифровых данных и т.д.

Обобщенная структурная схема системы радиосвязи приведена на рисунке 1.

Сообщение поступает от источника в передатчик, в котором осуществляется его преобразование в электрический сигнал, удобный для передачи по линии связи. Устройство связи, включающее в себя приемник и передатчик (радиостанция) часто называют каналообразующей аппаратурой.

Рисунок 1. Обобщенная структурная схема системы радиосвязи

На приемной стороне производится обратное преобразование электрического сигнала в исходное сообщение. Однако, реально на передаваемый сигнал в линии связи, да и в самих передатчике и приемнике, действуют сторонние возмущения – помехи.

Система связи – совокупность двух и более устройств связи, обеспечивающих встречную работу.

Принцип двусторонней радиосвязи

У абонентов 1 и 2 установлены симплексные приемопередающие радиостанции, работающие в режимах «ПЕРЕДАЧА» и «ПРИЁМ». Выбор режима работы производится абонентами кнопкой (тангентой) «РАДИО».

Принцип двусторонней радиосвязи приведён на рисунке 2.

Рисунок 2. Принцип двусторонней радиосвязи

Передатчик №1 формирует модулированный сигнал на частоте f₀. Антенна через переключатель подсоединена к выходу передатчика. Приемник №2 тоже настроен на частоту f₀, к его входу переключателем подключена антенна. В ПРМ сигнал усиливается, преобразуется, выделяется звуковой сигнал. Частота f₀ всегда известна абонентам заранее.

На тактических картах применяются следующие условные обозначения, представленные в таблице 1.

Таблица 1

	Радиостанция наземная подвижная
	Радиостанция самолетная
	Радиостанция танковая
	Самолет-ретранслятор
	Самолет - постановщик помех
	Радиостанция, установленная в автомобиле
	Самолет связи
	Вертолет связи

1. Виды сообщений

Сообщение – совокупность данных, содержащих какие-либо сведения, предназначенные для передачи по каналу связи от источника к потребителю (получателю) сообщения.

По своему характеру сообщения подразделяются на:

Дискретные (дискретнозначные) – сообщения, принимающие конечное или счетное число значений.

Пример: буквенно-цифровой текст (буквы, цифры, знаки препинания).

Непрерывные (непрерывнозначные) – сообщения, возможные значения которых неотделимы и непрерывно заполняют некоторую область значений.

Пример: речь, музыка, подвижное изображение.

Для передачи по каналу связи любой вид сообщений должен быть преобразован в первичный электрический сигнал. Между сообщением и сигналом должно быть однозначное соответствие, чтобы при обратном преобразовании в пункте приема можно было получить переданное сообщение.

Электрические сигналы, являющиеся аналогами непрерывнозначных сообщений, называются аналоговыми, а дискретнозначных – цифровыми.

Классификация сообщений представлена на рисунке 3.

Самым распространенным сообщением среди непрерывных является речь. Она представляет собой непрерывный случайный процесс λ(t), образованный следующими друг за другом звуками.

В свою очередь, звуки представляют собой реализации случайных процессов с различными вероятностными характеристиками.

Все звуки в реальном речевом процессе отличаются друг от друга, то есть, двух полностью совпадающих звуков нет.

Выделяются группы похожих звуков, типичный эталонный звук каждой группы называется фонемой.

В русском языке насчитывают 41 фонему, из них семь гласных, а остальные относятся к согласным. Гласные звуки произносятся с открытым ртом, поэтому дисперсия их большая. Она равна D_Г ≈ 2D_λ, где D_λ – средняя дисперсия речи.

Согласные звуки подразделяются на звонкие согласные, глухие согласные и взрывные согласные.

Рисунок 3. Классификация сообщений

Дисперсии этих звуков равны: D_ЗC ≈ 0,1D_λ, D_ГC ≈ 0,01D_λ. Взрывной звук - пауза длительностью ~100 мс и быстрое, характерное для данного взрывного звука, нарастание последующего гласного звука. Большую часть взрывного звука составляет пауза, поэтому D_ВС = 0.

Длительность звуков речи изменяется в пределах от 25 до 250 мс. Средняя длительность равна Т_ср = 20мс.

Вероятности появления различных звуков в речи равны:

Р_Г =0.5, Р_ЗС = 0.13, Р_ГС = 0.15, Р_ВС = 0.22.

Разборчивость речи

Качество телефонной связи характеризуется разборчивостью речи. Различают разборчивость звуков, слов, фраз.

Разборчивость звуков Z определяется в процентах отношением количества правильно принятых звуков к количеству переданных. Если это необходимо, то определяется разборчивость слов W по известной разборчивости звуков с использованием графиков пересчета.

Спектральная плотность речевого сообщения представлена на рисунке 4.

В требованиях на авиационную аппаратуру связи и в ее технических данных указывается класс качества телефонной связи, который должен обеспечиваться в определенных условиях.

Рисунок 4. Спектральная плотность речевого сообщения.

ЛЕКЦИЯ №2: КЛАССИФИКАЦИЯ АВИАЦИОННЫХ СИСТЕМ СВЯЗИ

1. Классификация авиационных систем связи

Связь - передача и прием информации с по­мощью различных средств. Связь раз­деляется на электросвязь и почтовую связь.

Электросвязь - это передача, излучение и прием зна­ков, сигналов, письменного текста и звуков или сообщений лю­бого рода по проводным, радиотехническим (радиосвязь), оптическим электромагнитным системам.

Авиационная радиосвязь - связь, организуемая в интересах управления частями и соединениями ВВС.

Воздушной называется радиосвязь наземных пунктов управления с экипажами ВС, а также экипажей ВС между собой.

Наземной называется радиосвязь, в которой используются радиостанции, расположенные на поверхности Земли.

Рассмотрим классификацию авиационных систем радиосвязи.

По виду используемых радиолиний связи различают системы:

• прямой видимости,

• тропосферные,

• ионосферные,

• космические,

• радиорелейные.

По виду передаваемых сообщений различают системы:

• телефонные,

• телеграфные,

• телевизионные,

• передачи данных.

По виду радиосигналов различают системы передачи:

• аналоговых сигналов;

• цифровых сигналов;

• импульсных сигналов.

По относительной ширине спектра радиосигнала различают системы:

• широкополосные;

• узкополосные.

По количеству одновременно передаваемых сообщений различают системы:

• одноканальные;

• многоканальные.

По порядку обмена сообщениями различают системы:

• симплексные;

• дуплексные;

• полудуплексные.

По способам защиты информации различают системы:

• открытой связи;

• закрытой (засекреченной) связи.

2. Основные требования, предъявляемые к системам связи

Система связи - совокупность технических средств и среда распространения, обеспечивающая формирование каналов связи и передачу по ним различного рода сообщений.

К системам связи предъявляются следующие требования:

Оперативность связи - способность системы связи обеспечить доставку и прием сообщений или ведение переговоров в сроки, обусловленные потребностями управления.

Достоверность связи - способность системы связи обеспечить воспроизведение переданных сообщений в пунктах приема с заданной точностью.

Достоверность передачи речевых сообщений количественно оценивается показателем артикуляции (разборчивости).

Достоверность передачи цифровых сообщений оценивают вероятность правильного приема кодовых комбинаций.

Помехоустойчивость связи - свойство системы связи выполнять задачи по передаче сообщений в условиях воздействия всех видов помех.

Помехоустойчивость зависит от вида используемых радиосигналов, способов кодирования, методов приема и регистрации сигналов, отношения сигнал/помеха на входе радиоприемника. Количественно помехоустойчивость оценивается по критерию достоверности передачи сообщений.

Надежность связи - это свойство системы связи выполнять задачи по передаче сообщений, сохраняя в течение заданного времени значение основных характеристик (например, достоверности передачи) в заданных пределах. Надежность связи зависит от технического состояния аппаратуры связи (аппаратурная надежность), состояния радиолинии, электромагнитной обстановки.

Аппаратурная надежность характеризуется вероятностью отказа за определенный интервал времени, средним временем наработки на отказ и т.д.

Состояние радиолинии и электромагнитная обстановка определяют устойчивость канала радиосвязи, так как вследствие воздействия помех связь может быть нарушена даже при полной аппаратурной надежности.

Скрытность связи - способность системы связи противостоять раскрытию противником содержания передаваемой информации и местоположения источников радиосигналов. Скрытность радиосвязи повышается при использовании минимально необходимой мощности передатчика, направленных антенн, при сокращении времени передачи, выполнении мероприятий по радиомаскировке, при применении специальной аппаратуры связи.

3. Способы организации радиосвязи

Радиосвязь организуется двумя способами: по радионаправлению и по радиосети. Применение этих способов зависит от конкретной обстановки, степени важности радиосвязи в системе связи, наличия других видов связи, объема потоков информации, а также от наличия сил и средств радиосвязи.

Радионаправление – это способ организации радиосвязи, между двумя пунктами управления (командирами), при котором у каждого из них выделяется радиостанция, работающая на радиоданных, установленных для этого радионаправления. Радиостанция старшего пункта управления (командира) является главной. Она контролирует соблюдение корреспондентом безопасности связи и установленного порядка работы, регулирует порядок радиообмена, дает разрешение на установление связи. Корреспондент должен немедленно выполнять все требования главной радиостанции.

Радиосеть – способ организации радиосвязи между несколькими (тремя и более) пунктами управления (командирами), при котором у каждого из них выделяется радиостанция (радиоприемник), работающая на радиоданных, установленных для этой радиосети.

Этот способ наиболее распространен в авиации. Радиостанция старшего пункта управления (командира) в радиосети является главной. Все ее указания обязательны для всех радиостанций радиосети.

Радиосети могут быть односторонними и двусторонними.

Односторонние радиосети могут включать в себя практически неограниченное количество корреспондентов. Право передачи информации в ней принадлежит главной радиостанции.

Двусторонние радиосети, как правило, не должны иметь более четырех–пяти корреспондентов. Право передачи информации в них имеет каждый корреспондент.

Основными достоинствами организации радиосвязи по радиосети являются:

• возможность циркулярной передачи информации большому числу корреспондентов;

• меньший расход сил, средств и радиоданных на старших пунктах управления.

Однако при организации радиосетей необходимо учитывать более низкую скрытность и помехозащищенность связи, снижение своевременности связи в двусторонних радиосетях, сравнительную сложность организации радиосетей.

В зависимости от боевого предназначения радионаправления (радиосети) могут быть постоянно действующими, дежурными, скрытыми и резервными.

В постоянно действующем радионаправлении (радиосети) связь осуществляется регулярно или по расписанию. В дежурном радионаправлении одна из радиостанций работает на прием, а вторая включается для передачи коротких сигналов, или оба корреспондента ведут обмен краткими сообщениями по расписанию.

Дежурные радиосети предназначены для установления связи на инстанцию выше (ниже) при потере радиосвязи в основных радиосетях.

Скрытые радионаправления (радиосети) организуются на случай подавления постоянно действующих радионаправлений (радиосетей) помехами противника.

Резервные радионаправления (радиосети) могут создаваться в предвидении увеличения объема информации в постоянно действующих радионаправлениях (радиосетях).

ЛЕКЦИЯ №3: КАНАЛЫ СВЯЗИ И ИХ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1. Виды помех в каналах связи

Из-за наличия помех и искажений в каналах связи сообщение на выходе радиоприемного устройства отличается от переданного. Способность системы радиосвязи противостоять вредному воздействию радиопомех и искажений характеризуется помехоустойчивостью.

Помехи делят на два класса:

- аддитивные

- мультипликативные.

Если принимаемое колебание y(t) можно представить в виде суммы s(t) и n(t), т.е. y(t) = s(t) + n(t), то помеха называется аддитивной.

Аддитивные помехи могут быть:

- шумовыми (флуктуационными);

- импульсными;

- межстанционными.

Шумовая помеха имеет равномерную спектральную плотность, причем ширина её спектра значительно превышает спектр радиосигнала. Примеры такой помехи: собственный шум приемника, космические и индустриальные шумы.

Импульсная помеха - регулярная или случайная последовательность импульсов, длительность которых значительно меньше периода их следования. Источники импульсных помех: грозовые разряды, системы зажигания автомобилей и т.д.

Межстанционные или сосредоточенным помехам по спектру это помехи от различных радиостанций и радиотехнических устройств, а также специально создаваемые прицельные помехи. Их причинами являются: ограниченность частотного диапазона, несовершенство избирательных цепей приемников.

Если принимаемый сигнал y(t) можно представить в виде произведения переданного сигнала s(t) и помехи (t), т.е. y(t) = (t) s(t), то такая помеха называется мультипликативной.

К мультипликативным помехам относятся замирания радиосигналов, а также помехи вследствие многолучевости распространения радиосигнала, когда в точку приема приходят несколько сдвинутых относительно друг друга реализаций сигнала.

В общем случае, на принимаемый сигнал воздействуют одновременно аддитивные и мультипликативные помехи.

1. Методы борьбы с помехами

Мультипликативная помеха проявляется в виде замираний амплитуды и изменения фазы принимаемого сигнала. Значение амплитуды колебаний может изменяться в 10-100 раз, а временные промежутки между двумя следующими друг за другом максимумами может составлять от 0,1 до 10 секунд.

Различают быстрые и медленные замирания сигнала.

Быстрые замирания сигнала возникают вследствие интерференции множества лучей, приходящих в точку приема. Фаза этих лучей из-за непостоянства ионизированных слоев непрерывно и случайным образом изменяется. Амплитуда суммарного колебания также будет изменяться случайным образом. Обычно такой сигнал представляют в виде суммы регулярной составляющей сигнала и множества рассеянных составляющих со случайными амплитудами и фазами. Период быстрых замираний колеблется от 0,1 до десятков секунд.

Медленные замирания сигнала с периодом в несколько минут и более связаны с изменением поглощения радиоволн в среде распространения, изменением неоднородностей ионосферы. Медленные замирания могут превышать соответствующие флюктуации при быстрых замираниях. Часовые, суточные и сезонные периоды изменений уровней сигнала зависят, в основном, от изменения уровня освещенности ионосферы в среде распространения.

Наличие в КВ-каналах связи замираний существенно снижает достоверность передачи информации в связи со следующими обстоятельствами:

1. В моменты сильного ослабления сигнала качество связи получается недопустимо низким вследствие малого отношения сигнал-шум. При этом увеличение мощности передатчика не да­ет заметного эффекта, поскольку отдельные лучи в точке при­ема практически полностью подавляют друг друга, энергетиче­ские потери доходят до 20-30 дБ.

2. В КВ-каналах действие мультипликативной помехи приво­дит к интенсивному группированию ошибок. Это обстоятельство практически затрудняет применение в КВ-системах фа­зовой манипуляции, а также когерентных способов обработки принимаемых сигналов.

3. Многолучевость распространения сигналов ограничивает скорость передачи цифровых сигналов. Особенно это проявля­ется в каналах связи со значительными задержками лучей от­носительно друг друга. Если эти запаздывания соизмеримы с длительностью рабочего импульса, то последний в точке при­ема превращается либо в серию отдельных импульсов при дис­кретной многолучевости, либо в растянутый по времени им­пульс - при диффузионной многолучевости. Скорость переда­чи цифровых сигналов в КВ-линиях связи по этой причине практически не превышает 500-750 бит/с.

Для борьбы с медленными замираниями используют выбор оптимальной рабочей частоты, АРУ и повышение мощности ПРД.

Основным методом борьбы с быстрыми замираниями является разнесенный прием.

Принцип разнесенного приема заключается в том, что переданное сообщение на приемной стороне воспроизводится не по одному, а по нескольким каналам, несущим одинаковую информацию.

Разнесение может быть: частотное, временное, пространственное, поляризационное, по углу прихода лучей.

Необходима такая степень разнесения, при которой сигналы различных каналов будут независимы.

При пространственном разнесении используют две антенны. На летательных аппаратах этот метод трудно реализуем из-за ограниченности размеров, поэтому используется в наземных станциях.

При поляризационном разнесении используют приём на 2-е антенны электромагнитных волн, поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Частотное разнесение в авиационных сигналах связи практически не применяется, т.к. частотный диапазон строго лимитирован, и для каждого сигнала необходимо иметь полный комплект аппаратуры.

При временном разделении передаваемые сообщения повторяются с интервалами времени, превышающими время замирания. Но этот способ приводит к уменьшению скорости передачи информации.

Помехоустойчивость при разнесенном приеме существенно зависит от способа сложения и обработки сигналов, поступающих от ветвей разнесения.

Способы сложения следующие:

- автовыбор наибольшего сигнала;

- линейное сложение;

- оптимальное сложение.

2. Каналы связи и их характеристики

Канал связи - совокупность технических средств и среды распространения, обеспечивающая передачу сообщений от источника к получателю. Канал связи может быть телефонным, телеграфным, телекодовым (передачи данных), телевизионным и др.

В состав канала связи входит линия связи, которая и представляет собой среду распространения сигналов. Это может быть либо проводная линия (пара проводов, кабель, волновод), либо радиолиния.

Любой сигнал, представляющий собой изменяющуюся во времени величину, может быть описан некоторой функцией времени. Очень важно при описании сигнала выделить те его показатели, которые являются главными с точки зрения условий его передачи.

В теории связи такими главными показателями сигнала приняты следующие его параметры:

- длительность сигнала Т_с;

- динамический диапазон сигнала Д_с;

- ширина спектра сигнала F_с.

Длительность сигнала Т_с определяет интервал времени существования сигнала, а значит, и время занятости канала передачи.

Динамический диапазон Д_с определяется отношением наибольшей мощности сигнала к наименьшей.

Ширина спектра сигнала F_с характеризует скорость изменения сигнала на интервале его существования.

Рассмотрение основных параметров сигналов Т_с, Д_с и F_с позволяет любой сигнал представить геометрически в виде объема сигнала: V_c = Т_c Д_c F_c.

Подобно сигналу, канал связи также можно описать тремя параметрами Т_к, Д_к, F_к и емкостью канала V_к = Т_кД_кF_к. Эти параметры могут быть как постоянными, так и переменными.

Все каналы радиосвязи относятся к каналам связи с переменными параметрами. Для передачи без искажений объем сигнала должен не превышать емкость канала.

Пропускная способность канала связи - максимально возможная в нем скорость передачи информации.

Пропускная способность канала связи определяется по формуле Шеннона:

C = ΔF log₂ (1+P_C/P_Ш),

где Δ F – ширина полосы пропускания канала связи,

P_C/P_Ш – отношение сигнал/шум в канале связи.

3. Диапазоны частот и классы радиоизлучений

В таблице 2 приведена международная классификация диапазонов частот. Номера диапазонов соответствуют рекомендациям международного регламента радиосвязи.

Для воздушной радиосвязи применяют диапазон декаметровых, метровых и дециметровых волн. Широко применяются бортовые УКВ и КВ-радиостанции.

Таблица 2

№ диап.	Наименование диапазона		Границы диапазона
	радиоволн	радиочастот	радиоволн	радиочастот
1	Мериаметровые (Сверхдлинные)	Очень низкие	100-10 км	3-30 кГц
2	Километровые (Длинные)	Низкие	10-1 км	30-300 кГц
3	Гектометровые (Средние)	Средние	1 км-100 м	0,3-3МГц
4	Декаметровые (Короткие)	Высокие	100-10 м	3-30МГц
5	Ультракороткие (Метровые)	Очень высокие	10-1 м	30-300МГц
6	Дециметровые	Ультравысокие	1 м-10 см	300-3000МГц
7	Сантиметровые	Сверхвысокие	10 см-1 см	3-30ГГц
8	Миллиметровые	Крайне высокие	10-1 мм	30-300ГГц
9	Децимиллиметровые	Гипервысокие	1-0,1 мм	300-3000ГГц

Принят международный стандарт для обозначения различных способов передачи информации (классы радиоизлучений) при использовании различных видов модуляции и манипуляции.

Обозначение состоит из трех знаков вида: Буква/Цифра/Буква.

Первый знак - тип модуляции основной несущей.

Второй знак - характер сигнала, модулирующего основную несущую.

Третий знак - тип передаваемой информации.

Классы радиоизлучений приведены в таблице 3.

Таблица 3

Первый знак
Обозн.	Тип модуляции основной несущей
N	Излучение немодулированной несущей.
Излучение, при котором основная несущая модулируется по амплитуде (включая случаи, когда поднесущие имеют угловую модуляцию):
A	Двухполосная. Однополосная с полной несущей. Однополосная с ослабленной несущей или с переменным уровнем несущей. Однополосная с подавленной несущей. С независимыми боковыми полосами. С частично подавленной одной из боковых полос.
H
R
J
B
C
Излучение, при котором основная несущая имеет угловую модуляцию:
F	Частотная модуляция. Фазовая модуляция.
G
D	Излучение, при котором основная несущая имеет амплитудную и угловую модуляцию либо одновременно, либо в заранее установленной последовательности
Импульсное излучение:
P	Последовательность немодулированных импульсов. Последовательность импульсов, модулированных по амплитуде. Последовательность импульсов, модулированных по ширине или длительности. Последовательность импульсов, модулированных по положению или фазе. Последовательность импульсов, при которой несущая имеет угловую модуляцию во время передачи импульсов. Последовательность импульсов, представляющая сочетание указанных выше способов или производимая другими методами.
K
L
M
Q
V
W	Прочие случаи, отличные от указанных выше, при которых излучение состоит из основной несущей, модулированной либо одновременно, либо в заранее установленной последовательности, сочетанием двух или более из следующих методов модуляции: амплитудной, угловой, импульсной
X	Прочие случаи

Второй знак
Обозн.	Характер сигнала, модулирующего основную несущую.
0	Отсутствие модулирующего сигнала
1	Один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию без использования модулирующей поднесущей
2	Один канал, содержащий квантованную или цифровую информацию при использовании модулирующей поднесущей
3	Один канал с аналоговой информацией
7	Два или более каналов, содержащих квантованную или цифровую информацию
8	Два или более каналов с аналоговой информацией
9	Сложная система с одним или несколькими каналами, содержащими квантованную или цифровую информацию, совместно с одним или несколькими каналами, содержащими аналоговую информацию.
Х	Прочие случаи

Третий знак
Обозн.	Тип передаваемой информации
N	Отсутствие передаваемой информации
A	Телеграфия для слухового приема
B	Телеграфия для автоматического приема
C	Факсимиле
D	Передача данных, телеметрия, телеуправление
E	Телефония (включая звуковое радиовещание)
F	Телевидение (видео)
W	Сочетание указанных выше типов
X	Прочие случаи

Примеры обозначения класса радиоизлучений:

A1A – амплитудная модуляция кодом Морзе с приёмом на слух;

А3Е – радиотелефон при амплитудной модуляции;

J3E – радиотелефон при однополосной модуляции с подавленной несущей;

F1B – частотная манипуляция для автоматического приема;

F3E – частотная модуляция;

G1B – фазовая манипуляция для автоматического приема.

ЛЕКЦИЯ №4: ВОСПРИЯТИЕ РЕЧИ И ЕЕ РАЗБОРЧИВОСТЬ

1. Восприятие речи и ее разборчивость

Самым распространенным аналоговым сообщением в системах авиационной радиосвязи является речь. Речевые сообщения состоят из слов и фраз. Слова состоят из комбинации звуков. Звуки речи состоят из целого ряда гармоник звуковых частот. Звуки речи произносятся, в основном, двумя способами.

1. Звонкие звуки Л, М, Н – порождаются вибрацией голосовых связок при прохождении потока воздуха. При этом этот поток следует считать периодическим, который может изменяться от положения звуков в слове, при проявлении эмоций. Период изменения потоков воздуха называют периодом основного тона.

У каждого человека свой характер изменения периода основного тона. Изменение периода основного тона (частоты) называется интонацией. У мужчин частота основного тона составляет 70-100Гц, у женщин – 180-220Гц.

2. Глухие звуки образуются при завихрениях воздуха, проходящего через сужающийся канал рта.

Звуки окончательно формируются в голосовом тракте, акустические резонаторы которого усиливают некоторые гармоники звуковых частот, тем самым концентрируют энергию в определенном диапазоне частот спектра речи. Эти зоны концентрации энергии получили название формант. Гласные звуки содержат три форманты, которые находятся в следующих участках диапазона частот:

1-я – 300-1000 Гц;

2-я – 900-2200 Гц:

3-я – 2000-3500 Гц.

Согласные звуки имеют одну форманту на частоте более 1200Гц. При колебании голосовых связок образуется большое число обертонов, вследствие чего, спектр этих звуков можно считать дискретным. Глухие звуки не имеют основного тона, и их энергия распределена в полосе частот непрерывно.

Одной из основных характеристик речевого сообщения является его спектральная плотность.

Средняя по времени спектральная плотность речевого процесса имеет вид, показанный на рисунке 5.

Спектральная плотность максимальна на частоте f500 Гц.

Рисунок 5. Спектральная плотность речевого процесса

Основная энергия речевого процесса сосредоточена в диапазоне частот от 300 до 700 Гц. Положение максимума спектра может смещаться в зависимости от условий связи (тихий разговор или крик) в пределах от 400 до 600 Гц.

Спектр речи находится в полосе частот 70-7000 Гц, однако для достижения определенной разборчивости и узнаваемости, достаточно выделить спектр в полосе 300-3400 Гц. Это обусловлено тем, что основная доля энергии сосредоточена в этом участке частот. Длительность одних и тех же звуков зависит от их положения в слове, состава текста. Гласные звуки в среднем имеют длительность 150 мс, согласные – 80 мс. Например, звук «П» - 30 мс. Длительность русского слова, состоящего из 10 звуков, примерно равна 800 мс, при этом скорость разговора составляет 75 слов в минуту. Из временных характеристик звуков следует, что они имеют повторяющиеся участки.

Минимальная интенсивность звука, которая ощущается человеком со средним слухом, равна I₀ = 10^-12 (Вт/м²).

Интенсивность другого звука определяется относительно I₀.

Эта относительная величина называется уровнем интенсивности:

L_I = 10 lg I/I₀ (ДБ).

Человеческое ухо способно различать звуки, отличающиеся по уровню на 1ДБ. Динамический диапазон изменения звуков речи составляет примерно 35-45ДБ, и зависит от положения звуков в слове и говорящего.

По уровню интенсивности различают следующие звуки:

• Оглушительные 100-130 ДБ;

• Громкие 100-60 ДБ;

• Умеренные 60-40 ДБ;

• Слабые 40-20 ДБ;

• Очень слабые 20-0 ДБ.

В реальных условиях связи на речь накладывается внешний акустический шум. Ширина спектра шума в кабине самолета на уровне 0,5 составляет около 10кГц. Для защиты от акустического шума используют шумостойкие ларингофоны и микрофоны, увеличивающие отношение сигнал/шум благодаря тому, что они устанавливаются ближе к источнику речевого процесса.

Качество телефонной связи характеризуется разборчивостью речи. Различают разборчивость звуков, слов и фраз. Разборчивость определяется экспериментально путем артикуляционных изменений.

Эти измерения могут проводиться в лабораторных условиях или в реальных условиях применения средств связи. В лабораторных условиях чаще всего измеряется разборчивость звуков.

Принцип измерения заключается в том, что по испытуемой аппаратуре связи передаются таблицы звукосочетаний, содержащие по 100 звуков в каждой таблице. Они могут быть заранее записаны на ленту магнитофона или непосредственно передаваться диктором в процессе измерения.

Прием и запись звукосочетаний осуществляются артикуляционной бригадой, состоящей не менее чем из трех человек, не имеющих дефектов слуха. Разборчивость звуков Z определяется в процентах как отношение количества правильно принятых звуков к количеству переданных. Если это необходимо, то определяется разборчивость слов W по известной разборчивости звуков с использованием графиков пересчета.

В требованиях на авиационную аппаратуру связи и в ее технических данных указывается класс качества телефонной связи, который должен обеспечиваться в определенных условиях. Авиационные системы телефонной связи должны обеспечивать качество телефонной связи не ниже третьего класса.

Характеристики классов качества телефонной связи приведены в таблице 4.

Таблица 4

Класс	Характеристика класса	Z, %	W, %
I	Понимание речи без малейшего напряжения внимания	91	98
II	Понимание речи без затруднений	85-90	94-97
III	Понимание речи с напряжением внимания без переспросов и повторений	78-84	89-93
IV	Понимание речи с большим напряжением внимания, переспросами и повторениями	61-77	70-88
V	Срыв связи		69

1. Компрессия речевого сигнала

Все возможные способы передачи речи делятся на три группы:

• способы непосредственной передачи речи;

• параметрические способы;

• фонемные способы.

2.1. Параметрические вокодеры

Непосредственная передача речевого процесса может осуществляться по аналоговым или цифровым каналам связи.

Для упрощения передачи речи выгодно сузить полосу частот, занимаемую сигналом и уменьшить его динамический диапазон. Ограничение спектра речи снизу до 300 Гц не сказывается на разборчивости речи. В настоящее время принят стандарт на телефонный канал, высшая частота которого установлена равной 3,4 кГц.

Для непосредственной передачи речевых сообщений требуются аналоговые каналы с широкой полосой частот (единицы или десятки килогерц) или цифровые каналы с большой скоростью передачи сигналов (единицы или десятки тысяч сигналов в секунду). Естественно возникает требование экономной передачи речи по каналам с узкой полосой частот или низкой скоростью передачи сигналов. С этой целью до ввода в канал производят специальное преобразование речевого процесса, называемое компрессией. Такая компрессия производится в параметрических и фонемных системах телефонной связи.

В параметрических системах связи на передающей стороне в анализаторе речи из речевого процесса выделяются его информационные параметры. Они передаются по каналу связи на приемную сторону системы, где по ним синтезируется процесс, подобный речевому. Анализ речи с целью выделения информационных параметров и синтез речи производятся в устройствах, называемых вокодерами.

Спектрально-полосный вокодер является наиболее распространенным среди других типов.

Схема состоит из анализатора речи (левая половина) и синтезатора речи (правая половина), соединенных многоканальной линией связи. Для обеспечения двусторонней связи анализатор и синтезатор объединяют в одном устройстве.

Анализатор содержит 15... 20 полосовых фильтров Ф, настроенных на разные частоты. На выходе каждого фильтра включен амплитудный детектор Д. Сигналы на выходах детекторов a₁(t), a_n(t) характеризуют мгновенный спектр речи. Эти процессы передаются по многоканальной линии связи на приемную сторону. Анализатор содержит также устройство выделения сигналов тон-шум α(t). Это устройство может различать звонкие и глухие звуки по признаку интенсивности. Для определения частоты основного тона F_от применяют различные схемы частотомеров. Синтезатор содержит генератор шума (ГШ) для глухих звуков и генератор импульсов (ГИ) для звонких звуков. Частота следования импульсов изменяется по закону основного тона f_ОТ. Генераторы переключаются сигналом тон-шум.

Полученный несущий процесс F(t) подается на модуляторы (перемножители). После них включены фильтры, аналогичные фильтрам анализатора. Выходные процессы фильтров складываются, и в результате образуется процесс λ(t), подобный речевому.

2.2. Фонемные вокодеры

Фонемные системы связи, основанные на распознавании звуков речи, передачи по каналу связи цифровых сигналов, соответствующих этим звукам, и включении на приемной стороне генераторов звуков, являются перспективными, но на практике пока не реализованы. Перспективность фонемного вокодера обусловлена тем, что он в наибольшей степени позволяет уменьшить объем сигналов.

ЛЕКЦИЯ №5: АНАЛОГОВЫЕ СИГНАЛЫ С РАЗЛИЧНЫМИ

ВИДАМИ МОДУЛЯЦИИ

1. Аналоговые радиосигналы с различными видами

модуляции

При выборе того или иного вида модуляции обычно учитывают следующие основные факторы помехоустойчивость, диапазон рабочих частот, ширину спектра радиосигнала, стабильность частоты канала стон, устойчивость по отношению к замираниям, простоту конструкции и эксплуатацию средств связи.

1.1. Амплитудная модуляция

При амплитудной модуляции (AM) амплитуда радиочастотного колебания изменяется в соответствии с передаваемым сообщением, а частота и фаза колебания несущей частоты от сообщения не зависят, но под влиянием дестабилизирующих факторов могут случайным образом изменяться во времени.

Поэтому AM радиосигнал может быть записан в следующем виде:

S(t, ) = (A₀+М_а)cos(₀t+φ(t)),

где М_а - крутизна характеристики амплитудного модулятора.

Амплитудная модуляция применяется в УКВ- и КВ-диапазонах волн для передачи непрерывных (речевых) сигналов. Самый распространенный вид модуляции радиосигналов.

1.2. Однополосная модуляция

Однополосная модуляция применяется в СВ и КВ-диапазонах волн для передачи непрерывных (речевых) сигналов. Энергетически выгодна, но требует высокостабильных источников колебаний.

Основное преимущество таких сигналов - двукратное сокращение полосы занимаемых частот, что очень существенно для частотного уплотнения радиокана­лов, например при связи, на коротких волнах в условиях пре­дельной загруженности частотного диапазона.

1.3. Частотная модуляция

При частотной модуляции (ЧМ) частота колебания изменяется пропорционально мгновенным значениям модулирующего сообщения (t). Применяется в УКВ-диапазоне для передачи/приема аналоговых сообщений.

1.4. Фазовая модуляция

При фазовой модуляции (ФМ) фаза радиочастотного колебания изменяется обычно пропорционально мгновенным значениям модулирующего аналогового сообщения (t). Поэтому полезный ФМ - радиосигнал может быть записан в следующем виде:

S(t, )=A₀cos(₀t+M),

где М - крутизна характеристики фазового модулятора.

Применяется в УКВ-диапазоне для передачи/приема аналоговых сообщений.

2. Оптимальный приём непрерывных сообщений

В авиационных системах связи многие сообщения представляют собой непрерывные случайные процессы. К таким сообщениям относятся речь в системах телефонной связи, сигналы изображения в системах факсимильной связи, групповые процессы в многоканальных линиях связи и некоторые другие. В общей теории аналоговых каналов связи используется обобщенная модель непрерывного сообщения, применительно к которой и анализируется работа канала.

В авиационных системах связи для передачи речи наиболее часто применяется амплитудная модуляция (АМ).

В случае приема непрерывного сигнала необходимо получить оптимальную оценку сообщения – минимум среднего квадрата ошибки воспроизведения.

Это можно пояснить следующим рисунком 6.

Рисунок 6. Оптимальная оценка сообщения.

Структурная схема оптимального приемника имеет вид, рисунок 7.

Рисунок 7. Структурная схема оптимального приемника.

Синхронный детектор дает выигрыш в отношении сигнал/шум в 4 раза по сравнению с обычным амплитудным детектором, т.е. более точно выделяет огибающую АМ сигнала. Эффективная полоса частот ΔF_{э ад} / ΔF_{э сд} = 4.

Оптимальный линейный фильтр представляет собой ФНЧ, полоса пропускания ΔF_лф которого изменяется в зависимости от отношения сигнал/шум q.

Это можно пояснить следующим рисунком 8.

Рисунок 8. Оптимальный линейный фильтр

Средний квадрат ошибки воспроизведения на выходе оптимального линейного фильтра определяется двумя составляющими: динамической Εд и шумовой Εш.

Это можно пояснить следующим рисунком 9.

Рисунок 9. Средний квадрат ошибки воспроизведения

Из рисунка видно, что существует оптимальная полоса пропускания фильтра ΔFопт, при которой достигается минимум среднего квадрата ошибки воспроизведения на выходе приемника.

ЛЕКЦИЯ №6: ДИСКРЕТИЗАЦИЯ И КВАНТОВАНИЕ

АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ (АС)

1. Дискретизация и квантование аналоговых сигналов

1.1. Дискретизация аналоговых сигналов по времени

Передаваемые по каналам связи сообщения могут быть как цифровыми, так и аналоговыми.

Цифровые сигналы применяются для обеспечения:

• телеграфной связи;

• обмена данными между ЭВМ;

• телекодовой сеансовой радиосвязи;

• передачи телеметрической информации;

• передачу непрерывных сообщений, преобразованных в цифровую форму.

Процессы преобразования аналоговых сигналов в цифровые состоят из нескольких этапов:

• дискретизация сигнала по времени;

• квантование сигнала по уровням.

Дискретизация - это преобразование аналогового сигнала, непрерывного по уровню и во времени, в сигнал, непрерывный по уровню, но дискретный во времени. Под дискретностью во времени понимается тот факт, что полученный в результате этого преобразования дискретизированный сигнал изменяется по уровню в соответствии с аналоговым сигналом лишь в определенные моменты времени. Обычно подразумевается, что эти моменты следуют через постоянный временной интервал Т_Д, называемый периодом дискретизации.

В основе дискретизации лежит теорема отсчетов Котельникова и теория модуляции.

Она гласит, что для точного воспроизведения сигналов частота дискретизации определяется по формуле:

F_дискр =2F_В, (1)

где (0, F_В) – полоса частот непрерывного сообщения f(t).

Эпюры, характеризующие процесс дискретизации, представлен на рисунке 10.

Рисунок 10. Процесс дискретизации аналогового сигнала.

Речевой процесс – F_В=3.4 кГц, таким образом, из формулы (1) F_дискр=6.8 кГц (обычно принимают F_дискр = 8 кГц).

Непрерывный сигнал, к которому применена только процедура дискрети-зации, является импульсным.

Таким образом получается импульсная последовательность с длиной импульсов t_и. Высота прямоугольных импульсов равна значению аналогового сигнала в точках отсчета. При длительности импульсов t_и = Т_Д последовательность прямоугольных импульсов превращается в ступенчатую функцию, а при t_и = 0 - в решетчатую.

1.2. Квантование аналоговых сигналов по уровню

Под квантованием понимают преобразование некоторой величины с непрерывной шкалой значений в величину, имеющую дискретную шкалу значений.

При этом весь диапазон возможных значений уровня сообщения называемый шкалой делится на равные части – кванты, h – шаг квантования, и вместо истинного значения f(t_i) в момент времени t_i принимается ближайшее к нему значение уровня f*(t_i).

Такое представление случайного процесса некоторыми дискретными уровнями называется квантованием процесса по уровню.

Вид сигнала f(t) в результате проведения операции квантования представлен на рисунке 11.

Рисунок 11. Процесс квантования аналогового сигнала

Дискретизированное значение сигнала f(t), находящееся между двумя уровнями квантования, отождествляется с ближайшим уровнем квантования. Это приводит к ошибкам квантования (f(t) – f*(t) – шумы квантования), представлено на рисунке 12.

Рисунок 12. Шумы квантования

Чем меньше шаг квантования, тем меньше погрешность квантования, но больше уровней квантования.

Непрерывный сигнал, прошедший обе стадии обработки (дискретизацию и квантование) называется цифровым.

1. Методы преобразования аналоговых сигналов

в цифровую форму

1. Импульсно-кодовая модуляция (ИКМ)

Одним из наиболее распространенных типов цифровых систем связи является система связи с импульсно-кодовой модуляцией (ИКМ).

В ней дискретизации и квантованию подвергается непосредственно само сообщение. В канал связи передается номер уровня соответствующего данной квантованной выборке.

Система связи с ИКМ показана на рисунке13.

Большим преимуществом таких систем связи является то, что цифровой канал связи может быть унифицированным и использоваться для передачи различных сообщений: телефонных, телеграфных, факсимильных и др.

Рисунок 13. Система связи с ИКМ

1. Дельта-модуляция (ДМ)

Систему связи с ДМ предложил в 1949 году советский инженер Коробов Л.А. (за рубежом такая система была описана только 1952 году).

Принцип работы системы связи с дельта модуляцией (ДМ) состоит в том, что передается информация не о мгновенной величине дискретного счета сообщения, а только информация о том, больше или меньше данное значение сообщения по отношению к предыдущему значению.

Если данное значение больше предыдущего, то передается положительный импульс, а если меньше - то отрицательный импульс (рисунок 14).

Рисунок 14. Система связи с ДМ

Помимо преимущества в точности передачи сообщений, эта система характеризуется простотой технической реализации – квантователь на два уровня представляет собой обычное пороговое устройство. Так как каждый отсчет сообщения преобразуется в один бит, в такой системе не нужна синхронизация по кодовым комбинациям.

Кодер и декодер системы связи с ДМ могут быть цифровыми или аналоговыми. Для передачи речи целесообразно использовать системы с ДМ, адаптивные к изменениям громкости звуков. В таких системах амплитуда импульсов, действующих на фильтры, должна меняться пропорционально СКО речевого процесса.

Разборчивость речи в системе телефонной связи с ДМ зависит от скорости передачи данных в цифровом канале связи. При скорости передачи V=9600бит\с она составляет около 90% и с увеличением скорости улучшается.

Достоинства ДМ:

• простота аппаратуры;

• более низкие требования к скорости передачи данных в системе связи (в сравнении с ИКМ).

Недостатки ДМ - трудность интеграции систем связи с ДМ и ЦВМ.

ЛЕКЦИЯ №7: ИМПУЛЬСНЫЕ РАДИОСИГНАЛЫ

С РАЗЛИЧНЫМИ ВИДАМИ МОДУЛЯЦИИ

1. Импульсные радиосигналы с различными видами

модуляции

В системах связи с импульсной модуляцией на передающей стороне системы сообщение подвергается дискретизации по времени, затем осуществляется импульсная модуляция радиосигналов.

Различают:

• амплитудно-импульсную модуляцию;

• широтно-импульсную;

• фазоимпульсную модуляции.

1.1. Амплитудно-импульсная модуляция

Амплитудно-импульсная модуляция (АИМ) - происходит изменение амплитуды импульсов несущего сигнала (такую модуляцию имеет аналоговый сигнал после прохождения через дискретизатор).

На практике в импульсных системах связи длительность импульсов выбирают меньше интервала дискретизации по времени (рисунок 15).

Рисунок 15. Формирование импульсов в системе с АИМ

В передатчике импульсами, амплитуда которых меняется по закону сообщения, модулирует радиосигнал. Вид АИМ сигнала показан на рисунке 16.

Рисунок 16. Форма сигнала с АИМ

В зависимости от вида модуляции радиосигнала различают комбинированные виды модуляции:

• АИМ-АМ – АИМ с амплитудной модуляцией несущей;

• АИМ-ЧМ – АИМ с частотной модуляцией несущей;

• АИМ-ФМ – АИМ с фазовой модуляцией несущей.

Недостатком импульсной системы связи с АИМ-АМ является то, что в канале связи передаются сигналы с меняющейся амплитудой, а это заставляет применять устройства с широким динамическим диапазоном.

Импульсная система связи с АИМ-ЧМ – сигналы представляют собой импульсы одинаковой амплитуды и длительности, а частота каждого радиоимпульса пропорциональна значению отсчета сообщения.

Импульсная система связи с АИМ-ФМ, сигналы которой подобны сигна-лам с АИМ-ЧМ, но пропорционально сообщению меняется не частота, а фаза радиоимпульсов.

1.2. Широтно-импульсная модуляция

При широтно-импульсной модуляции (ШИМ) длительность импульсов изменяется пропорционально сообщению.

Различают две разновидности ШИМ:

• одностороннюю ШИМ – при которой изменение длительности импульса происходит только за счет перемещения фронта или среза импульса;

• двустороннюю ШИМ – при которой длительность изменяется за счет перемещения фронта и среза импульса в разные стороны.

На рисунке 17 представлены основные виды ШИМ модуляции, где:

• рисунок 17«а» - модулирующее колебание (НЧ колебание);

• рисунок 17«б» - односторонняя ШИМ;

• рисунок 17«в» - двусторонняя ШИМ.

Рисунок 17. Виды ШИМ

Односторонняя ШИМ реализуется значительно проще, поэтому нашла большее применение на практике.

Форма сигнала ШИМ-АМ представлена на рисунке 18.

Рисунок 18. Форма сигнала ШИМ-АМ (В), импульсов ШИМ (Б)

и модулирующего напряжения (А)

Фазоимпульсная модуляция (ФИМ).

При фазоимпульсной модуляции каждый импульсный сигнал по своему положению на оси времени отклоняется от тактовой точки на время, пропорциональное значению сообщения. При этом форма импульса не меняется. На рисунке 19«Б» представлена форма ФИМ (односторонняя).

В верхней части этого рисунка изображено аналоговое сообщение, а в нижней части - последовательность модулированных импульсных сигналов. На горизонтальной оси выделены тактовые точки, распложенные через интервалы времени, равные шагу дискретизации ТД.

Рисунок 19. Эпюры модулирующего колебания (А), ФИМ сигнал (Б) и радиосигнал при односторонней ФИМ-АМ (В)

Различают несколько вариантов ФИМ:

• «ФИМ-1» - положение импульса во времени определяется значением сообщения в момент возникновения импульса (дискретизация сообщения получается неравномерной);

• «ФИМ-2» - в тактовый момент времени.

Различают одностороннюю и двухстороннюю ФИМ. При односторонней ФИМ импульс смещается относительно тактовой точки только в одну сторону (рисунок 19). При двухсторонней ФИМ – симметрично в обе стороны.

Наиболее распространенным вариантом является односторонняя ФИМ. На рисунке 19«В» представлен радиосигнал при односторонней ФИМ-АМ.

ЛЕКЦИЯ №8: МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ

1. Методы повышения помехоустойчивости систем

радиосвязи

Для обеспечения устойчивой работы средств связи в условиях помех (особенно умышленных) осуществляется защита, как отдельных средств, так и всей системы связи от радиопомех. Защита средств связи от помех складывается из организационных мероприятий и технических мер защиты.

Организационные мероприятия:

• снижение вероятности создания помех средствам связи;

• повышение надежности системы связи за счет дублирования (выполнения одинаковых функций средствами различных диапазонов и т. п.);

• повышение выучки личного состава в применении средств связи в условиях помех.

Технические меры защиты средств связи:

• мероприятия, препятствующие попаданию помех или повышающие отношение сигнал/помеха на входе приемника. Они основаны на пространственной, поляризационной и частотной селекциях, осуществляемых до входа приемника.

• мероприятия, применяемые в самом приемнике направленные на повышение отношения сигнал/помеха на выходе по сравнению с таким отношением на его входе - так называемые схемы подавления помех в приемном устройстве.

Поражение помехами каналов авиационной радиосвязи приводит к снижению безопасности полетов и невыполнению боевой задачи.

Поэтому очень важно повысить помехозащищенность радиосвязных систем.

Помехозащищенность - способность системы радиосвязи функционировать в условиях помех.

Основным методом повышения помехозащищенности является использование широкополосных систем связи.

2. Основные свойства и характеристики широкополосных систем связи

Широкополосная система связи - это такая система передачи информации, в которой радиосигнал занимает полосу частот, превышающую минимально необходимую для передачи этой информации.

Расширение занимаемого сигналом спектра частот осуществляется независимо от передаваемого сообщения с помощью того или иного способа модуляции, который известен на приемной стороне, но неизвестен противнику.

В широкополосных системах связи в сигнал вносится частотная избыточность, которая и придает системам с такими широкополосными сигналами (ШПС) ряд положительных свойств.

Важной характеристикой ШПС является база сигнала.

Под базой сигнала В понимается отношение ширины спектра сигнала Df_c к ширине спектра сообщения DF:

B= Df_c/DF

Узкополосные сигналы имеют базу В=1…2

Широкополосные сигналы имеют базу В»1.

Величина базы сигнала количественно характеризует вводимую в сигнал частотную избыточность.

Величина базы сигнала В показывает во сколько раз может быть увеличено отношение сигнал/шум на выходе приемника в условиях помех (см. рисунок ниже).

База сигнала – прямоугольник на частотно-временной плоскости в пределах которого сосредоточена основная энергия сигнала.

Применение ШПС приводит к значительному усложнению и удорожанию аппаратуры. Однако ШПС системы обладают рядом важных положительных свойств.

Свойства ШПС:

1. Высокая устойчивость к воздействию умышленных помех (повышенная помехозащищенность).

Если мощность помехи Р_п постоянна и ширина спектра помехи Df_п поддерживается меньшей или равной ширине спектра сигнала Df_c, то применение ШПС обеспечивает значительное увеличение отношения сигнал/шум относительно узкополосных сигналов.

Отношение сигнал/помеха на выходе приемника будет равно:

Q=(Pc/Pп)В

Отношение сигнал/помеха в широкополосной системе связи увеличивается пропорционально увеличению базы сигнала.

2. Скрытность передачи (малая вероятность обнаружения и перехвата сообщений).

Особенностью ШПС - систем является минимальная вероятность обнаружения сеанса связи кем-либо, кроме определенного приемника, при использовании минимальной мощности сигнала. Использование расширенного спектра приводит к тому, что сигнал более равномерно и менее плотно (по сравнению с традиционными схемами модуляции) распределяется в заданной частотной области.

Таким образом, не только повышается помехоустойчивость сигнала, но и снижается вероятность его перехвата. Для того, кто не располагает синхронизированной копией ШПС - сигнала, данный сигнал будет теряться в шуме. Действительно, спектральная плотность ШПС при фиксированной энергии

P_c/Df_c = P_cT/Df_cT = P_cT/B,

 т.е. в “В” раз меньше, чем у узкополосного сигнала при равных мощностях и скорости передачи информации R=1/T.

3. Связь многих абонентов в общей полосе частот (обеспечение многостанционного доступа на основе кодового разделения каналов).

Многостанционный доступ различных абонентов в общей полосе частот может быть обеспечен при кодовом разделении каналов. При кодовом разделении абоненты могут одновременно работать в общей полосе частот.

3. Виды широкополосных сигналов

При расширении спектра сигнал расширяется в частотной области.

Существует два основных метода расширения спектра:

• метод прямой последовательности;

• метод скачкообразной (псевдослучайной) перестройки частоты.

Кроме того, существуют смешанные методы. В любом случае создание преднамеренных помех будет осложнено тем, что область, используемая сигналом в каждый момент времени, будет неопределенной.

Метод прямой последовательности.

Прямая последовательность – это модуляция несущей информационным сигналом с последующей модуляцией высокоскоростным (широкополосным) расширяющим сигналом.

Как правило, при этом используется фазовая манипуляция (ФМн).

Метод прямой последовательности показан на рисунке 20.

Рисунок 20. Метод прямой последовательности

Метод псевдослучайной перестройки частоты (ППРЧ).

Систему с ППРЧ можно рассматривать как двухэтапный процесс модуляции – модуляции информации и модуляции с перестройкой частоты.

При каждом скачке генератор псевдослучайного сигнала передает синтезатору частот команду о том, какая частота будет следующей.

• В реальных системах связи используется набор в несколько тысяч различных частот.

Метод скачкообразной (псевдослучайной) перестройки частоты показан на рисунке 21.

Рисунок 21. Метод скачкообразной (псевдослучайной)

перестройки частоты

Метод расширенною спектра позволяет для перестройки частоты использовать полосы шириной порядка несколько гигагерц, что намного превышает аналогичные показатели систем использующих метод прямой последовательности. Следовательно, коэффициент расширения спектра сигнала систем со скачкообразной перестройкой частоты будет значительно больше. Из-за использования полос значительной ширины сохранение фазовой когерентности от скачка к скачку является нелегкой задачей. Поэтому обычно в таких системах применяется некогерентная демодуляция.

ЛЕКЦИЯ №9: СИСТЕМЫ СЕКРЕТНОЙ СВЯЗИ

1. Системы секретной связи

Для обеспечения скрытого управления войсками необходимо, чтобы служебная информация была недоступна противнику.

Это достигается использованием рядом мероприятий, главное из которых - засекречивание сообщений. При секретной связи факт обмена информацией может не утаиваться, но передаваемые сообщения шифруются так, чтобы противник не смог понять их смысл.

Криптография обеспечивает сокрытие смысла сообщения и раскрытие его расшифровкой с помощью специальных алгоритмов и ключей.

Ключ - конкретное секретное состояние параметров алгоритмов шифрования и дешифрования. Знание ключа дает возможность противнику прочтения секретного сообщения.

Процесс вскрытия шифра без знания ключа называется криптоанализом. Время, необходимое для взлома шифра, определяется его криптостойкостью.

Криптография решает две главные проблемы защиты данных:

• конфиденциальность - лишение противника возможности извлечь информацию из канала связи;

• целостность - лишение противника возможности изменить сообщение так, чтобы изменился его смысл, или ввести ложную информацию в канал связи.

1.1. Структурная схема системы секретной связи

Шифратор преобразует сообщение “М” в криптограмму “Е”. Способ преобразования задается при помощи ключа. Имеющийся набор ключей составляет шифр.

Считается, что устройство системы связи и шифр (набор ключей) известны противнику, однако, какой конкретно используется ключ, он не знает. Должен существовать недоступный противнику канал (например, курьерская служба), по которому действующий ключ “К” от источника передается получателю сообщений.

Структурная схема системы секретной связи показана на рисунке 22.

Рисунок 22. Структурная схема системы секретной связи.

Надежность засекречивания оценивается временем, необходимым противнику на рассекречивание криптограммы без знания ключа. Если время расшифрования является большим даже при использовании противником мощных ЭВМ, то система засекречивания считается криптостойкой.

Шифр - совокупность обратимых преобразований открытых данных в зашифрованные, задаваемых ключом и алгоритмом.

Требования к шифрам:

• достаточная криптостойкость (надежность закрытия данных);

• простота процедур шифрования и расшифрования;

• незначительная избыточность информации за счет шифрования;

• нечувствительность к небольшим ошибкам шифрования и др.

Основные методы шифрования:

• алгоритмы замены или подстановки - символы исходного текста заменяются на символы другого (или того же) алфавита в соответствии с заранее определенной схемой, которая и будет ключом данного шифра.

• алгоритмы перестановки - символы оригинального текста меняются местами по определенному принципу, являющемуся секретным ключом.

• алгоритмы гаммирования - символы исходного текста складываются с символами некой случайной последовательности.

• алгоритмы, основанные на математических преобразованиях исходного текста по некоторой формуле.

1.2. Примеры шифров

Простая подстановка.

Существует большое количество различных вариантов шифрования заменой. Самой простой является прямая замена, когда буквы текста прямо заменяются другими буквами данного алфавита. Конкретный ключ обычно записывается в виде таблицы.

М	а	б	в	г	д	е	….
Е	с	р	н	у	к	я	….

Шифр простой замены имеет низкую стойкость, поскольку криптограмма может быть сравнительно легко дешифрована путем подсчета относительной частоты появления отдельных букв или символов в ней.

Известно, что буква «о» в достаточно длинном незашифрованном сообщении встречается в русском языке в 9% случаев (чаще других), буква «р» - в 4% и т.д. Поэтому, если какая-нибудь буква или символ криптограммы будет иметь относительную частоту порядка 9%, то ей соответствует буква «о» и т.д.

Шифр переменной подстановки.

Номеруем буквы русского алфавита от 0 до 31.

А	Б	В	Г	Д	Е	Ж	З	И	Й	К	Л	М	Н	О	П
0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
Р	С	Т	У	Ф	Х	Ц	Ч	Ш	Щ	Ъ	Ы	Ь	Э	Ю	Я
16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31

В шифре переменной подстановки ключ задается каким-нибудь словом, которое подписывается многократно под исходным текстом буква под буквой.

Порядковые номера букв суммируются по модулю 32. При получении числа, равного или более 32, из него необходимо вычесть число 32, т.е. буквой с номером 32 так же, как и с номером 0, является буква «а», буквой с номером 33 (как и с номером 1) буква «б» и т.д.

При ключевом слове «курсант» процесс преобразования сообщения в криптограмму представлен в таблице.

М	у	ч	е	б	н	ы	й	ц	е	н	т	р
	19	23	5	1	13	27	9	22	5	13	18	16
К	к	у	р	с	а	н	т	к	у	р	с	а
	10	19	16	17	0	13	18	10	19	16	17	0
Е	э	к	х	т	н	и	ы	а	ш	э	г	р
	29	10	21	18	13	8	27	0	24	29	3	16

Количество букв в ключевом слове определяет период ключа. Когда объем сообщения значительно превышает объем ключа, становится возможным определить период ключа путем анализа периода повторяющихся букв и их сочетаний криптограммы.

Знание периода ключа значительно упрощает процесс расшифрования криптограммы путем анализа частот появления отдельных букв криптограммы в пределах периода ключа.

2. Засекречивание сообщений

2.1. Засекречивание цифровых сигналов

Для автоматического засекречивания двоичной информации широко применяется метод гаммирования, при котором на символы информационной последовательности накладываются символы специальной последовательности, называемой гаммой.

Шифрованная последовательность (криптограмма) “Е” образуется сложением символов шифруемой последовательности “М” и гаммы “Г” по модулю 2.

М	1	0	1	1	0	1	1	0	0
Г	1	0	0	1	0	1	0	1	0
Е	0	0	1	0	0	0	1	1	0

Дешифрование производится сложением символов шифрованной последовательности с соответствующими символами гаммы. В качестве гаммы можно использовать любую случайную последовательность символов. Для повышения стойкости засекречивания каждый раз необходимо использовать различные участки гаммы. Системы засекречивания при однократном использовании гаммы, записанной на внешнем носителе, обеспечивают высокую стойкость шифрования.

2.1. Засекречивание непрерывных сообщений

Наиболее распространенными непрерывными сообщениями в авиационных системах связи являются речевые сообщения. Их засекречивание может производиться цифровыми и аналоговыми методами.

При аналоговых методах засекречивания применяются преобразования сигналов по амплитуде, частоте и времени.

Методы преобразования речевых сигналов могут применяться как самостоятельно, так и в различной комбинации.

Инвертирование спектра речевых сигналов

Производится инвертирование спектра речевого сигнала с помощью гетеродинирования. Если фильтрованный речевой сигнал, имеющий полосу 300…2800 Гц, смещать с тоном 3100 Гц, то частота 2800 Гц будет преобразована в частоту 300 Гц и наоборот. Речь с инвертированным спектром оказывается непонятной для постороннего, но легко восстанавливается с помощью аналогичного устройства.

Инвертирование спектра речевых сигналов с помощью гетеродинирования показано на рисунке 23

Рисунок 23. Инвертирование спектра речевых сигналов.

Перестановка и инвертирование частотных полос.

Частотный диапазон речевых сигналов разбивается на 5 частотных полос, которые затем переставляются между собой по определенному порядку.

Для повышения стойкости засекречивания перестановки частотных полос дополняются их инвертированием.

Перестановка и инвертирование частотных полос показано на рисунке 24.

Рисунок 24. Перестановка и инвертирование частотных полос.

При данном методе засекречивания перестановки частотных полос и их инвертирования изменяются скачкообразно через каждые 10 и 20 мс. Последовательность инвертирования и перестановок определяется генератором псевдослучайной последовательности, в котором ключ может использоваться для установки начального состояния генератора.

Временные преобразования.

При временном преобразовании засекречивание происходит за счет деления речевого сигнала на временные отрезки длительностью от 20 до 100 мс и их перестановки внутри блоков в соответствии с программой, определенной ключом. При этом первый отрезок может передаваться в последнюю очередь. Поэтому - в данной системе речевой сигнал в передатчике и приемнике должен задерживаться на двойную длительность блока.

С точки зрения стойкости засекречивания временные преобразования намного лучше перестановок частотных полос. Остаточная разборчивость речевого сигнала незначительна и восстановление преобразованной речи хотя и возможно, но требует значительного времени.

Временное преобразование сигнала показано на рисунке 25.

Рисунок 25. Временное преобразование сигнала.

Недостаток метода - задержка речевого сигнала.

Рассмотренные методы засекречивания речевых сообщений являются недостаточно эффективными при раздельном применении. Поэтому применяется комбинированный метод: перестановки временных отрезков и частотных полос.

Комбинированные системы засекречивания имеют лучшие характеристики.

Все современные самолеты и вертолеты ВВС обязательно оснащаются засекречивающей аппаратурой связи - ЗАС.

Используется различная аппаратура ЗАС для речевых сообщений и для цифровых сигналов.

ЛЕКЦИЯ №10: МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ. МЕТОДЫ РАЗДЕЛЕНИЯ КАНАЛОВ

1. Многоканальные системы радиосвязи. Методы разделения каналов

1.1. Общие сведения о многоканальных системах связи

В практике организации авиационной связи часто возникает необходимость одновременной передачи большого количества сообщений из одного пункта в другой.

Любая информация передается от передатчика к приемнику через физическою среду, в качестве которой в электросвязи используются радиолинии и кабельные линия связи.

Высокая стоимость линейных сооружений обусловливает необходимость их наиболее эффективного использования. Поэтому в настоящее время получили широкое применение многоканальные системы связи (МКС), обеспечивающие одновременную и независимую передачу большого числа сообщении с использованием одной линии связи.

Упрощенная структурная схема МКС показана на рисунке 26.

Рисунок 26. Упрощенная структурная схема МКС.

Первичные сигналы l_i(t), подлежащие передаче от N источников информации, обладают одинаковыми характеристиками. Поэтому на передающей стороне производится их преобразование с помощью преобразователей М_i, в результате чего каждый из канальных информационных сигналов S_i(t) приобретает определенный признак, который используется на приемной стороне для разделения сигналов.

Преобразование может заключаться в частотных, фазовых, временных и других изменениях первичного сигнала.

В устройстве суммирования производится сложение сигналов, в результате чего получается групповой сигнал.

Для передачи этого сигнала в передающем устройстве осуществляется его дополнительное преобразование.

В приемнике производится преобразование линейного сигнала в групповой сигнал S_S(t), а затем с помощью устройства разделения осуществляется распределение сигналов по соответствующим каналам и их преобразование с помощью демодуляторов Д_i в первичный сигнал l_i(t).

МКС отличаются друг от друга методом разделения каналов (сигналов). На практике наибольшее распространение получили МКС с линейным разделением сигналов, в которых реализуются принципы частотного, временного или фазового разделения сигналов.

Применяются также МКС с кодовым и комбинированным разделением.

МКС присущи специфические перекрестные помехи. Они обусловлены тем, что в реальных МКС имеет место проникновение энергии из одного канала в другой.

1.2. Системы с частотным разделением каналов

В МКС с частотным разделением каналов канальные сигналы отличаются друг от друга положением своих спектров на оси частот.

Для формирования таких сигналов используется амплитудная модуляция в канальных модуляторах “М”.

Система с частотным разделением каналов показана на рисунке 27.

Первичные сигналы l_i(t) модулируют поднесущие f_i, которые формируются генератором. Полосовые фильтры ПФ_i выделяют верхнюю боковую полосу из спектра частот канальных АМ-сигналов.

На приемной стороне сигналы разделяются полосовыми фильтрами ПФ_i, и детектируются в канальных демодуляторах “Д”.

На выходе демодуляторов включены фильтры нижних частот ФНЧ, которые подавляют побочные колебания, возникающие в процессе детектирования.

Рисунок 27. Системы с частотным разделением каналов.

Для снижения влияния одного канала на другой предусматривается защитный частотный интервал между соседними каналами.

1.3. Системы с временным разделением каналов

В МКС с временным разделением каналов канальные сигналы передаются в строгой очередности без перекрытия по времени. В качестве переносчиков первичных сигналов l_i(t) используются периодические последовательности импульсов, сдвинутые по времени за счет линии задержки. Период следования тактовых импульсов для передачи аналоговых сигналов должен выбираться на основании теоремы отсчетов (Т_ДF_МАХ), где F_МАХ - максимальная частота в спектре l_i(t).

Система с временным разделением каналов показана на рисунке 28.

В импульсных модуляторах осуществляется один из видов импульсной модуляции (например АИМ), в результате которой формируются канальные сигналы S_i(t).

После линейного сложения канальных сигналов образуется групповой сигнал S_S(t).

Групповой сигнал поступает в ПРД, где производится формирование линейного сигнала (радиосигнала), который по линии связи передается на ПРМ (см. рисунок 29).

Рисунок 28.Системы с временным разделением каналов.

Рисунок 29.

Для обеспечения синхронной работы системы к групповому сигналу от формирователя, добавляются импульсы синхронизации.

В результате определенной обработки на выходе приемника выделяется групповой сигнал.

Распределение сигналов по каналам осуществляется с помощью специальных электронных коммутаторов (ЭК).

Коммутатор соответствующего канала отпирается только на время импульса, принадлежащего данному каналу.

Синхроимпульс выделяется с помощью селектора импульса синхронизации, поступает в линию задержки приемника и обеспечивает коммутацию каналов.

Канальные сигналы поступают на соответствующие детекторы (Д_N), где преобразуются в первичные сигналы l_i(t) .

Для уменьшения взаимного влияния между каналами в групповом сигнале предусматривается защитный интервал t_ЗАЩ между импульсами соседними каналов.

1.4. Системы с фазовым разделением каналов

К классу ортогональных сигналов относятся два гармонических колебания с одинаковыми частотами и начальными фазами, отличающимися друг от друга на π/2

Система с фазовым разделением каналов показана на рисунке 30.

Рисунок 30. Системы с фазовым разделением каналов.

Гармонические колебания и формируемые с помощью генератора и фазовращателя ФВ, поступают на модуляторы М₁ и М₂. В результате модуляции этих колебаний первичными сигналами l₁(t) и l₂(t) образуются канальные сигналы.

Спектры канальных сигналов перекрываются по частоте. Тем не менее, на приемной стороне разделение этих сигналов возможно благодаря их взаимной ортогональности.

После линейного сложения канальных сигналов формируется групповой сигнал S_S(t).

С выхода ПРМ S_S(t) поступает на синхронные детекторы Д₁ и Д₂ канальных сигналов. На детекторы также поступают опорные напряжения, синфазные с соответствующими колебаниями, сформированными на передающей стороне.

В результате синхронного детектирования получается сигнал, из которого при помощи ФНЧ выделяется первичный сигнал. Влияние каналов друг на друга при правильном выборе параметров системы отсутствует.

Многоканальные системы связи являются эффективным способом уплотнения сигналов от нескольких абонентов в один канал связи.

ЛЕКЦИЯ №11: АСИНХРОННО-АДРЕСНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ

1. Асинхронно-адресные системы связи.

Рассмотренные выше многоканальные системы связи обеспечивают одновременную передачу нескольких сигналов с использованием одной линии связи, соединяющей два объекта.

При организации авиационной радиосвязи часто возникает необходимость в одновременном и независимом обмене информацией между многими объектами (самолетами, наземными КП и т.п.).

Это решается за счет использования асинхронных (не привязанных по времени) систем связи со свободным доступом к каждому корреспонденту.

Сигналы от всех абонентов передаются в одном и том же диапазоне частот без синхронизации по времени. Для этого каждому абоненту присваивается своя кодовая группа - адрес. Приемное устройство выделяет адрес (кодовую последовательность) только своего абонента и не воспринимает другие сигналы.

Для примера рассмотрим принцип работы ААСС с частотно-временным кодированием адреса. Каждый двоичный символ информационного кода (0 или 1) передается набором из нескольких импульсов (А, В, С…) длительностью t_k. Информация об адресе заключена в значениях временных интервалов задержки (t_A, t _B, t_C) и в частотах заполнения этих импульсов (F₁, F_2, F₃…).

Система адресов в этом случае представляется на рисунке 31 в виде частотно-временной матрицы.

Рисунок 31. Система адресов в виде частотно-временной матрицы.

Каждый информационный импульс преобразуется в пачку импульсов, несущую в себе полезную информацию и признаки адреса своего канала.

С выхода ПРМ в полосовых фильтрах ПФ происходит разделение по частоте поступившей совокупности импульсов. На выходе детекторов образуются видеоимпульсы, которые поступают на линии задержки с отводами и схему совпадения, где производится временная селекция информационных импульсов по каналам. Вероятность попадания импульсов других каналов в данный канал мала, поскольку дешифратор адреса “ДА” настроен строго на свой канал.

Для приема сигналов другого абонента нужно на приемной стороне просто изменить набор полосовых фильтров и схему подключения отводов линий задержки декодера адресов. Никаких перестроек частот передатчика и приемника при этом производить не нужно.

Поэтому асинхронные системы связи называют системами со свободным доступом.

1. Системы передачи данных. Назначение и основные

характеристики.

Системами передачи данных (СПД) – системы связи, предназначенные для передачи сообщений особого вида – данных.

Данные - сведения, являющиеся объектом обработки в человеко-машинных системах. Двоичные данные применяются наиболее часто.

СПД разделяются на односторонние и двусторонние.

В односторонней СПД данные могут передаваться только в одном направлении.

В двусторонней СПД данные могут передаваться в двух направлениях. Двусторонние СПД в свою очередь подразделяются на одновременные и поочередные.

В одновременной двусторонней СПД сигналы одновременно передаются в двух направлениях (дуплексная СПД).

В поочередной двусторонней СПД после передачи данных в одном направлении, имеется возможность перехода к передаче сигналов в другом направлении (полудуплексная СПД).

Все СПД по способам повышения достоверности можно разделить на две основные группы: системы без обратной связи и системы с обратной связью.

В СПД без обратной связи информация передается каналам связи, состояние которых заранее неизвестно. Поэтому используют повышенную мощность передатчика, повтор передачи и передачу информации по параллельным каналам.

В СПД с обратной связью используется канал обратной связи, по которому приемная сторона сообщает на передающую сторону результаты приема информации.

Основные характеристики СПД.

Достоверность СПД - степень соответствия принятой и переданной информации. Для количественной оценки используют вероятность битовой ошибки, (или BER - bit error rate, т. е. показатель битовой ошибки).

Пропускная способность СПД - наибольшая теоретически достижимая скорость передачи информации в системе. Скорость ограничивается максимально возможной скоростью передачи информации по каналу связи: C =ΔF log₂(1+P_c/P_n), где ΔF - полоса пропускания канала связи, P_c/P_n - отношение сигнал/шум в канале.

Задержка передачи - промежуток времени от ввода информации в СПД до момента ее появления на выходе системы. Часто задержка - случайная величина.

Безопасность СПД – свойство, позволяющее сохранить в тайне содержание передаваемой информации, факт ее передачи, а также противостоять вводу ложной информации.

1. СПД без обратной связи

Источником и получателем сообщения могут быть человек, ЦВМ, различные автоматические датчики, индикаторы или другие устройства.

Кодер (кодировщик) осуществляет помехоустойчивое кодирование и преобразование сообщения в форму, удобную для передачи по каналу связи.

СПД без обратной связи показано на рисунке 32.

Рисунок 32. СПД без обратной связи.

Декодер автоматически обнаруживает (исправляет) ошибки за счет избыточности, внесенной в информационный сигнал кодером канала. Кодер и декодер канала являются составными элементами устройства защиты от ошибок (УЗО).

СПД без обратной связи находят применение, когда использование обратного канала является принципиально невозможным или нежелательным по соображениям скрытности связи.

Передача сообщений в СПД без ОС организуется сеансами и производится при помощи кодограмм.

Кодограмма состоит из информационной части, содержащей информацию в формализованном виде и служебных частей в начале и конце кодограммы.

Основными методами повышения достоверности в СПД без ОС являются:

• передача с повторением сообщений;

• передача по параллельным каналам;

• помехоустойчивое кодирование.

Метод передачи с повторением: производится n-кратное повторение передачи. При этом за принятый элемент кодовой комбинации принимается элемент, имеющий наибольшее число совпадений. При повторении происходит существенное снижение уровня ошибок.

Недостаток СПД с повторением - значительное снижение скорости передачи данных, так как при n-кратном повторении вводится n-краткая избыточность.

Метод передачи по параллельным каналам: передача одновременно на разных частотных каналах .

Достоинства метода:

• повышается живучесть системы связи;

• скорость передачи данных не снижается по сравнению с одноканальной системой;

• при достаточном разнесении каналов, потоки ошибок в них оказываются независимыми.

Недостаток - увеличение расхода сил и средств связи.

Метод помехоустойчивого кодирования - самостоятельный метод повышения достоверности. При передаче данных используется избыточное кодирования информации корректирующими кодами.

Недостаток - снижение информационной скорости, усложнение аппаратуры.

4. СПД с обратной связью.

Применение в СПД обратной связи значительно повышает достоверность передачи информации в прямом направлении, поскольку появляется возможность контролировать состояние прямого канала.

Если обратный канал для других целей не используется, то требования к нему (прежде всего по скорости передачи) можно ослабить.

В схеме СПД между декодером и кодером канала имеется канал обратной связи.

СПД с обратной связью показано на рисунке 33.

Рисунок 33.СПД с обратной связью.

В таких СПД удается резко снизить потери информации за счет отбраковки кодовых комбинаций, принятых с обнаруженной ошибкой, и снизить процент необнаруженных ошибок.

В зависимости от характера обратной связи различают СПД:

• с решающей (РОС);

• информационной (ИОС);

• комбинированной обратной связью (КОС).

В СПД с РОС приемная сторона принимает решение о наличии ошибок в прямом канале связи и по обратному каналу передает запрос на повторную передачу информации.

Передача очередной кодовой комбинации не начинается до тех пор, пока с приемной стороны не поступит сигнал подтверждения (квитанция). Если же при декодировании будет обнаружена ошибка, то по обратному каналу посылается сигнал переспроса.

В СПД с ИОС по обратному каналу на передающую сторону передаются вся информация, поступившей по прямому каналу. Решение о наличии или отсутствии ошибок в переданных по прямому каналу сообщениях принимаются на передающей стороне.

Если на передающей стороне в результате сравнения сигналов принято решение, что ошибок нет, нормальная передача информации продолжается. В противном случае производится повторение передачи.

СПД с КОС представляют собой сочетание СПД с РОС и ИОС. Решение о правильности приема информации в них принимается одновременно на приемной и передающей сторонах, что позволяет существенно улучшить характеристики систем ПД.

Наличие информации о состоянии обоих каналов позволяет сделать СПД с КОС адаптирующейся к помеховой обстановке.

Основной недостаток - сложность.

ЛЕКЦИЯ №12: СИСТЕМЫ ТЕЛЕФОННОЙ ПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

1. Системы телефонной проводной связи.

1.1. Основы телефонной связи.

Телефонная связь широко применяется для управления авиацией и в наземных системах управления войсками. На ее долю приходится около 40% общей загрузки каналов.

Принцип телефонной передачи.

Звуковые колебания от рта говорящего воздействуют через окружающую воздушную среду на микрофон МКФ. На выходе микрофона возникают колебания электрического тока, которые схемой телефонного аппарата ТА через линию связи передаются в пункт приема на схему другого ТА, где воспринимаются телефоном ТЛФ. Излучаемые телефоном звуковые колебания возбуждают воздушную среду и воздействуют на ухо слушающего.

Принцип телефонной передачи показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Принцип телефонной передачи.

Т.о., тракт телефонной передачи состоит из двух акустических участков, двух преобразователей (МКФ и ТЛФ) и электрического участка (линия связи и схемы телефонных аппаратов).

Для организации телефонной связи широко применяют проводные линии. Проводные линии связи различаются по типу направляющих на воздушные и кабельные.

Воздушные линии (ВЛ) связи состоят из металлических проводов, подвешенных на опорах с помощью изоляторов. Они имеют большой срок службы и допускают проведение связи на значительное расстояние с применением усилителей.

Недостаток ВЛ - громоздкость, трудность маскировки, подверженность воздействиям противника, зависимость характеристик от атмосферных условий.

В авиации ВЛ находят применение в местах постоянного базирования для связи между различными наземными пунктами управления и аэродромами.

Кабельные линии связи - основной вид проводных линий в системах связи ВВС. Кабели подразделяются на постоянные и полевые.

Постоянные (стационарные) кабели связи - для продолжительной службы и обладают хорошими, стабильными электрическими характеристиками.

Полевые кабели связи - для быстрого и многократного развертывания и свертывания полевых линий связи.

1.2. Схемы организации телефонной связи

Простейшая система телефонной связи представляет собой два телефонных аппарата и линию проводной связи. В состав телефонного аппарата входят угольный микрофон и телефонный капсюль.

В зависимости от способа питания микрофона различают аппараты местной батареи (МБ), центральной батареи (ЦБ) и без источников питания.

Схема ТЛФ связи с МБ.

В схеме с МБ питание угольного микрофона осуществляется от батареи GB, которая размещена в каждом ТЛФ аппарате.

Схема ТЛФ связи с МБ приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема ТЛФ связи с МБ.

Постоянный ток протекает по контуру: +GB1 обмотка I трансформатора Т1BF1 минус GB1. При разговоре в этом же контуре возникает ток звуковой частоты.

В обмотке II Т1 наводится Э.Д.С. Ток звуковой частоты протекает по контуру: II Т1 BA1 Линия связи BA2- II Т2  Линия связи  II Т1. Телефонные капсюли обоих телефонных аппаратов воспроизводят одинаковый речевой сигнал. Телефоны схемы МБ используются с телефонными станциями ручного обслуживания (РТС).

Схема ТЛФ связи с ЦБ.

В схеме с ЦБ питание угольных микрофонов в ТЛФ аппаратах осуществляется от единой центральной батареи GB, которая размещена на телефонной станции.

Схема ТЛФ связи с ЦБ приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема ТЛФ связи с ЦБ.

Питание на микрофоны BF подается от центральной батареи GB через дроссель L, который оказывает малое сопротивление постоянному току и большое – переменному разговорному. Это исключает замыкание разговорных токов через батарею.

Постоянный ток протекает по контуру: +GB- Линия связи  микрофоны BF1 и BF2  первичные обмотки трансформаторов  Линия связи  дроссель L  минус GB. При разговоре ток звуковой частоты протекает через оба микрофона и первичные обмотки трансформаторов. Э.Д.С. звуковой частоты со вторичных обмоток трансформаторов подается на ТЛФ капсюли. Оба капсюля воспроизводят одинаковый речевой сигнал.

В России стандартное напряжение ЦБ составляет 60В.

Телефоны схемы ЦБ используются с автоматическими телефонными станциями (АТС).

1.3. Методы оценки качества телефонной передачи.

Качество передачи речи по телефонному тракту определяется его разборчивостью, громкостью и натуральностью звучания.

Разборчивость оценивается при передаче по тракту набора отдельных слогов, не имеющих смысла. Их берут из специальных артикуляционных таблиц. На приемной стороне принятые слоги записывают и сравнивают с переданными. Качество удовлетворительное, если разборчивость 50%.

Громкость передачи должна обеспечить свободное прослушивание с учетом затухания энергии сигнала в линии связи. Затухание измеряется в децибелах 20^.lg(U_H/U_K), где U_H - напряжение в начале линии, U_K - в конце. В качестве нормы допустимого затухания принята величина 27,5 дБ на частоте 800 Гц.

Иногда применяют непер: N=ln(U_H/U_K), 1Нп=8,68588 дБ

Натуральность звучания зависит от полосы передаваемых частот. Чем шире диапазон частот, тем натуральнее звучание речи. При передаче диапазона 300-3400Гц потеря натуральности - 38%.

2. Самолетные переговорные устройства

СПУ предназначены для обеспечения внутренней (внутрисамолетной) связи членов экипажа и для ведения внешней радиосвязи при помощи бортовых радиостанций. Обеспечивается прослушивание дополнительных приемников, переговоры с наземным персоналом.

СПУ - система проводной телефонной связи с ЦБ.

Режимы работы СПУ:

СПУ - основной режим внутренней связи, члены экипажа разговаривают друг с другом;

ЦВ - циркулярный вызов, режим внутренней связи, все члены экипажа прослушивают друг друга с максимальной нерегулируемой громкостью;

ИС - избирательная связь, режим внутренней связи, командир экипажа ведет переговоры только с выбранным им членом экипажа без прослушивания другими;

РАДИО - режим внешней радиосвязи, члены экипажа ведут радиообмен через радиостанции.

Широко применяются СПУ типа: СПУ-7, -8, -9, -14. В последние годы аппаратуру СПУ стали называть аппаратурой внутренней связи и коммутации (АВСК) или просто - АВС. Широко применяются АВСК типа: П-510, П-511, П-514, П-515 и др.

Структурная схема СПУ приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Структурная схема СПУ.

Режим СПУ: ларингофон (микрофон) подключен к усилителю СПУ. Усиленный речевой сигнал поступает к другим абонентам и на свой телефон. Питание ларингофона +5В подается от усилителя СПУ.

Режим РАДИО: ларингофон подключен к модулятору РС. Речевой сигнал с выхода приемника РС поступает на телефон. Питание ларингофона +5В подается от модулятора РС.

3. Принцип магнитной звукозаписи.

В авиации широко применяется аппаратура, в которой используется принцип магнитной записи. Это регистраторы сигналов и речевые информаторы различного назначения.

Магнитная запись (МЗ) основана на свойстве ферромагнитных тел намагничиваться при воздействии на них магнитного поля и долго сохранять намагничивание после выхода из этого поля.

Намагничивание связано с наличием у атомов материала собственного магнитного поля, которое и определяет намагниченность материала.

Главное достоинство МЗ – простота технической реализации и возможность многократно использовать носитель путем стирания. Для МЗ применяют специальные ферромагнитные материалы и магнитные головки.

Магнитная головка показана на рисунке 5.

Рисунок 5. Магнитная головка.

Магнитные головки подразделяются на записывающие, воспроизводящие и стирающие.

Принцип магнитной записи

В качестве магнитного носителя записи применяется лента, покрытая ферромагнитным составом, или стальная проволока.

Для записи речевой сигнал с микрофона подается через усилитель на обмотку записывающей головки. Для уменьшения искажений на эту же обмотку подается ток синусоидальной формы частотой 2550 кГц с генератора подмагничивания.

В сердечнике головки индуцируется переменное магнитное поле. Из-за наличия рабочего зазора с немагнитной перемычкой силовые линии магнитного поля замыкаются через рабочий слой магнитного носителя. При перемещении носителя в его рабочем слое формируется остаточная намагниченность, пропорциональная записываемому сигналу (фонограмма).

Принцип магнитной записи показан на рисунке 6.

Рисунок 6. Принцип магнитной записи.

Для воспроизведения фонограммы магнитный носитель перемещают перед рабочим зазором воспроизводящей головки со скоростью, равной скорости при записи. Магнитные силовые линии, замыкаясь через сердечник головки воспроизведения, индуктируют в ее обмотке ЭДС, пропорциональную остаточной магнитной индукции звуконосителя. В обмотке головки наводится ЭДС звуковой частоты.

Для стирания записи необходимо полностью размагнитить носитель. Для этого звуконоситель перемещают перед рабочим зазором стирающей магнитной головки, через обмотку которой протекает ВЧток повышенного номинала от генератора стирания.

Принцип стирания магнитной записи показан на рисунке 7.

Рисунок 7. Принцип стирания магнитной записи.

ЛЕКЦИЯ №13: СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ МВ-ДМВ

ДИАПАЗОНА

1. Системы радиосвязи МВ-ДМВ диапазона.

1.1. Распространение радиоволн МВ-ДМВ диапазона.

Диапазон метровых волн (МВ): λ=1…10 м (f=30…300 МГц).

Диапазон дециметровых волн (ДМВ): λ=0,1…1 м (f=300…3000 МГц).

Основной особенностью МВ-ДМВ (или УКВ) является то, что они распространяются прямолинейно, не отражаются от ионосферы и уходят в космическое пространство. МВДМВ радиосвязь может быть надежно осуществлена лишь в пределах геометрической видимости между антеннами радиостанций.

Относительная электрическая проницаемость тропосферы непрерывно убывает с высотой. Из-за этого радиоволны при переходе из нижних слоев тропосферы в верхние испытывают преломление  атмосферную рефракцию. Траектория волны получается искривленной. Дальность (в км) распространения МВДМВ с учетом нормальной атмосферной рефракции определяется по формуле:

D(км) = 4,12[√h₁ + √h₂]

где h₁, h₂ - высоты подъема передающей и приемной антенн в метрах.

При определении максимальной дальности УКВ-радиосвязи необходимо учитывать мощность передатчика и чувствительность приемника, уровень радиопомех в пункте приема, типы антенн и их размещение на ВС и земле.

Расчет напряженности УКВ-поля производиться по формуле:

Е - действующее значение напряженности поля в месте приема, мВ/м;

Р - мощность, излучаемая антенной передатчика, кВт;

G - коэффициент усиления приемной антенны;

h₁, h₂ - высоты расположения передающей и приемной антенн, м;

r - расстояние вдоль земной поверхности, км;

 - длина рабочей волны, м.

где:

Прямолинейный характер распространения УКВ требует применения промежуточных, так называемых релейных станций (relais – промежуточная), позволяющих наращивать необходимую длину линии радиосвязи.

Все современные системы УКВ-радиосвязи (кроме бортовых МВДМВ радиостанций) относятся к классу радиорелейных.

Системы УКВ-радиосвязи разделяются на два вида:

• системы прямой видимости (бортовые УКВ-радиостанции, радиорелейные станции);

• системы, использующие для связи волны, рассеянные от неоднородностей тропосферы (наземные радиостанции).

1.2. Системы радиосвязи прямой видимости

Системы радиосвязи прямой видимости (бортовые УКВ- радиостанции) обеспечивают ближнюю связь ВС с наземными пунктами управления и между ВС, находящимися в воздухе. Обеспечивается телефонная и телекодовая связь (передача цифровых данных).

Система радиосвязи прямой видимости изображена на рисунке 1.

Рисунок 1. Система радиосвязи прямой видимости.

П ри определении дальности связи между самолетом и наземной радиостанцией, высотой наземной антенны пренебрегают и формула имеет вид:

где h - высота полета ВС в метрах.

Для увеличения дальности связи и связи с низколетящими ВС широко используются различные методы ретрансляции сигналов через самолетные (вертолетные) и наземные ретрансляторы.

Методы ретрансляции сигналов приведены на рисунке 2.

Рисунок 2. Методы ретрансляции сигналов.

Способы УКВ-ретрансляции

• мгновенная ретрансляция  ретрансляция при помощи двух КВ радиостанций, используются две рабочие частоты;

• эхо-ретрансляция  ретрансляция при помощи одной радиостанции, оцифрованное речевое сообщение сохраняется в памяти БЦВМ, используется одна рабочая частота.

1.3 Системы радиорелейной связи

Для надежной, быстрой передачи больших потоков информации применяют радиорелейные системы связи. Радиорелейные системы связи представляют собой цепочку приемо-передающих станций, расположенных на расстоянии прямой видимости друг от друга (15-50км). Релейные станции принимают сигнал на одной рабочей частоте и одновременно излучают на другой.

Система радиорелейной связи приведена на рисунке 3.

Все РРС подразделяются на оконечные, промежуточные, узловые. На оконечных станциях производится ввод передаваемых сообщений, их преобразование в групповой сигнал для многоканальной передачи.

Применяются частотный, временной и комбинированный методы уплотнения.

Рисунок 3.Система радиорелейной связи.

Существует три типа ретрансляционных станций:

• ретранслятор по групповому спектру (с детектированием НЧ-сигнала);

• гетеродинный ретранслятор (усиление на ПЧ);

• ретранслятор прямого усиления (усиление на ВЧ).

Используются цифровые и аналоговые РРС. Применяются высоконаправленные параболические, рупорно-линзовые антенны. Мощность ПРД – 0,1-10Вт. Режим работы РРС – дуплекс.

Спутниковые системы связи – разновидность радиорелейных систем.

Достоинства радиорелейной связи:

• высокое качество связи, сравнимое с качеством связи по хорошему кабелю;

• высокая помехоустойчивость системы связи, затруднены перехват и организация помех со стороны противника;

• большая частотная емкость УКВдиапазона, позволяющая обеспечить многоканальную связь;

• простота сопряжения РРС с каналами проводной связи.

1.4 Системы тропосферной связи

Принцип такой системы связи основан на переотражении УКВ радиоволн от неоднородностей нижнего слоя атмосферы  тропосферы.

Причиной преломления (рефракции) УКВрадиоволн является неоднородность молекулярной структуры тропосферы на высоте 1215 км от поверхности Земли.

Радиоволны преломляются так называемыми глобулами - турбулентными неоднородностями. Глобулы представляют собой сферические или эллиптические неоднородности, в пределах которых индекс преломления отличается от его значений в окружающей среде. Под действием ВЧэнергии, излучаемой передающей антенной, каждая глобула возбуждается и превращается во вторичный излучатель. Часть энергии излучается в направлении приемной антенны.

Система тропосферной связи приведена на рисунке 4.

Рисунок 4. Система тропосферной связи.

При высоте объема рассеивания 10-15 км дальность связи может достигать 900 км.

Мощности ПРД – единицы - десятки кВт. Отражатели стационарных антенн представляют собой сегмент параболоида размером до 40×40 м² и более. В подвижных станциях применяются параболические антенны диаметром 2-10 м. На основе тропосферных станций строят радиорелейные линии связи.

1.5 Системы метеорной связи

Метеорная радиосвязь основана на эффекте отражения радиоволн от ионизированных следов метеоров.

Система метеорной связи представлена на рисунке 5.

В земную атмосферу непрерывно вторгается большое количество метеоров. В течение суток в атмосферу входит в среднем 10¹⁰ частиц суммарной массой около тонны. Метеорные тела движутся в атмосфере со скоростью от 10 до 75км/с.

Твердые частицы, достигая плотных слов атмосферы, раскаляются и сгорают. Происходит ионизация окружающего воздуха и образуется ионизированный метеорный след в виде столба на высотах 80-120км. Совокупность нескольких следов может образовать ионизированное облако протяженностью в несколько десятков километров.

Рассеяние от метеорных следов носит направленный характер, т.е. имеет место зеркальное отражение радиоволн от ионизированного образования. Поэтому для связи можно использовать только тот метеорный след, который надлежащим образом ориентирован относительно трассы.

Метеорная радиосвязь возможна при использовании сравнительно маломощных передатчиков и простых антенн.

Длительность существования большинства следов, пригодных для связи, составляет 0,1-1,5 с. Связь может быть только прерывистой, длительность сеансов составляет 3-5% от общего времени работы аппаратуры метеорных станций.

Рисунок 5. Система метеорной связи.

Чаще всего применяется частотная модуляция. Используются антенны типа «волновой канал» с шириной диаграммы направленности около 30°. Обеспечивается максимальная дальность связи 2500 км.

ЛЕКЦИЯ №14: СИСТЕМЫ РАДИОСВЯЗИ ДКМВ ДИАПАЗОНА

1. Системы радиосвязи ДКМВ диапазона

Системы радиосвязи ДКМВдиапазона используются в авиации для обеспечения дальней воздушной и наземной связи и для связи с маловысотными ВС. Применение частот диапазона 2...30МГц обусловлено свойством дальнего распространения волн этого диапазона за счет отражения от ионосферы.

При сравнительно небольшой мощности передатчика обеспечивается дальность связи в пределах максимального радиуса действия современных ВС. Создание и эксплуатация ДКМВ систем связи оказывается значительно экономичнее других систем дальней связи.

1.1. Распространение радиоволн ДКМВ диапазона

Ионосфера - ионизированная область атмосферы, расположенная на высотах выше 50км. Преломление и отражение радиоволн ионосферой связано с наличием в ней свободных электронов и ионов.

Установлено, что концентрация ионов и электронов в ионосфере распределена по высоте неравномерно, имеются слои максимальной концентрации. Высота и интенсивность слоев регулярно изменяются в течение дня, сезона года и 11-летнего солнечного цикла.

Имеются два основных слоя ионосферы  Е и F. После захода Солнца прекращается ионизация атмосферы и начинается обратный процесс рекомбинации электронов.  

Для выбора частоты КВ связи необходимо наперед знать состояние ионосферы. Прогнозы состояния выдаются Институтом земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн Российской Академии наук (ИЗМИРАН).

Виды прогнозов: долгосрочный (1 месяц и более) и краткосрочный (5 дней, 12 часов).

Распространение радиоволн ДКМВ диапазона в ионосфере изображено на рисунке 1.

Рисунок 1. Распространение радиоволн ДКМВ диапазона.

Главной характеристикой ионосферного слоя является критическая частота. F_кр  самая высокая частота волны, которая еще отражается от ионосферного слоя при вертикальном зондировании.

Возможны два пути распространения ДКМВ: ионосферная волна и земная волна.

Земная волна быстро затухает (обычно до 100км при мощности передатчика до 100Вт).

Ионосферные волны распространяются путем отражения от ионосферы и поверхности Земли. Такой способ распространения называют скачковым и характеризуется расстоянием скачка, числом скачков, максимальной применимой частотой (МПЧ) и наименьшей применимой частотой (НПЧ).

На некотором удалении от передатчика образуется зона, в которой невозможен прием ни земных, ни ионосферных волн. Эта зона называется зоной молчания или мертвой зоной (см. рис. 2).

Для успешного проведения сеанса радиосвязи очень важно правильно выбрать частоту. Чем ниже рабочая частота, тем сильнее поглощение волны в ионосфере. НПЧ определяют из условия, что уровень сигнала должен превышать уровень шумов в точке приема.

Для отражения волны необходимо, чтобы рабочая частота была не выше значения максимально применимой частоты МПЧ. Обычно МПЧ больше F_кр в 3…5 раз.

Рисунок 2. Зона молчания.

Особенность авиационной ДКМВ связи  постоянное перемещение месторасположения точки отражения.

Для связи рекомендуется выбирать оптимальные рабочие частоты (ОРЧ), испытывающие наименьшее поглощение в ионосфере на данной трассе в течение суток. С помощью ионосферных карт составляется суточный график МПЧ для заданной трассы. ОРЧ составляет обычно 0,7...0,8 от МПЧ.

Для обеспечения больших дальностей связи не требуются передатчики с очень большой мощностью. Так, при правильном выборе ОРЧ, передатчик с мощностью Р=250 Вт обеспечивает дальность связи 8…10 тысяч километров.

1.2. Радиосигналы, применяемые в ДКМВ диапазоне

Для передачи аналоговых сигналов в ДКМВ диапазоне применяется амплитудная и однополосная модуляция.

АМ используется ограниченно для связи со старым парком станций.

Основным способом является ОМ (SSB) разных вариантов.

Метод однополосной модуляции (ОМ) является предпочтительным, т.к. позволяет при сохранении номинальной мощности передатчиков значительно повысить помехоустойчивость и надежность связи.

По рекомендации ICAO авиационные радиостанции используют верхнюю боковую полосу модулирующих частот.

В конкретных бортовых КВ радиостанциях используются ОМ сигналы четырех разновидностей.

Спектр речевого сигнала занимает полосу частот 300-3400 Гц, поэтому ширина спектра АМсигнала составляет примерно 7000 Гц.

Для уменьшения межстанционных помех необходимо обеспечивать расстройку от других станций на 8-9 кГц. В этом случае в КВ-диапазоне 2-30 МГц помещается только 3100 каналов связи, что крайне мало.

Основная часть энергии ПРД расходуется на излучение несущей, которая не содержит информацию.

Применение ОМ позволяет уменьшить полосу пропускания приемников в 2 раза. Энергия ПРД расходуется на излучение верхней боковой полосы частот, несущей информацию.

Для передачи дискретной информации применяют АТ, ЧТ и ФТ(ФРМ).

АТ – для слухового приема/передачи телеграфных сигналов.

ЧТ и ФТ – для автоматического приема/передачи цифровых сигналов.

Используются разновидности ЧТ с разными сдвигами частоты: ЧТ-200, ЧТ-250, ЧТ-500, ЧТ-1000.

ФРМ – фазово-разностная манипуляция или ОФТ – относительно-фазовая телеграфия.

Многолучевое распространение в ДКМВ обусловлено приходом в точку приема нескольких лучей. Прием ДКМВ всегда сопровождается замираниями, которые носят частотно-селективный характер.

Неискаженная полоса передачи ДКМВканала составляет: ΔF_max = 100... 3000 Гц.

При передаче дискретных сигналов в частотно-селективном канале появляются межсимвольные помехи, величина которых зависит от времени запаздывания лучей. Разница во времени распространения сигнала по различным траекториям (лучам) зависит от вида траектории, длины трассы и состояния ионосферы и может составлять Δt_max = 1,5... 2,5 мс. Для обеспечения высокой помехоустойчивости период повторения дискретных сигналов должна быть в два раза больше Δt_max, т.е.

T_{П min} = 3... 5мс.

Максимальная скорость передачи дискретной информации по КВ-каналам не должна превышать: C_max = 1 /Т_{П min} - 200...350 бит/с

Многолучевое распространение КВ ухудшает прием сигналов и рассматривается как мультипликативная помеха, величина которой не зависит от мощности передатчика.

1. Особенности ДКМВ радиосвязи с воздушными судами

различных типов

Применение КВ-станций на ВС различных типов имеет свои особенности. Эффективности антенны ВС зависимость от геометрических размеров и формы корпуса ВС. Наиболее интенсивно излучает то ВС, части корпуса которого кратны половине длины волны. Такими свойствами обладают средние и большие ВС.  На больших высотах (Н 10км) возможно существенное увеличение дальности KB-радиосвязи (до нескольких сотен километров) по линии «борт–борт» поверхностным лучом на верхних частотах диапазона.

 Для вертолетов свойственна роторная модуляция. Она заключается в том, что при вращении лопастей форма диаграммы направленности и входное сопротивление антенны периодически меняются в такт вращения лопастей. Происходит помеховая амплитудная модуляция сигнала.

ЛЕКЦИЯ №15: СИСТЕМЫ СПУТНИКОВОЙ СВЯЗИ

1. Системы спутниковой связи

Космическая или спутниковая связь является разновидностью радиорелейной связи, при которой ее ретрансляторы находятся на спутниках в космическом пространстве.

Принцип ССС заключается в передаче сигналов на ИСЗ и ретрансляция их наземным или бортовым станциям, находящимся в зоне видимости ИСЗ.

В настоящее время в мире действует свыше 50 международных, национальных и ведомственных систем спутниковой связи.

Главным преимуществом спутниковой связи заключается в отсутствии ограничений по привязке к конкретной местности Земли. что позволяет использовать ССС в ВВС, когда противоборство конфликтующих сторон сопровождается высокой динамикой изменения их дислокации.

Таким образом, спутниковая связь направлена на качественное изменение всей индустрии телекоммуникаций и откроет новые возможности для управления ВВС на всех их иерархических уровнях.

1. Орбиты спутников связи и их параметры

В РФ эксплуатируется система с высокоэллиптическими и геостационарными спутниками ЕССС-2, ССС «Гонец» использует низкоорбитальные.

Ретрансляция может быть пассивной или активной.

Активная ретрансляция может быть немедленной (станция находится в пределах видимости ИСЗ) или задержанной (ИСЗ находится на низкой орбите).

Последняя имеет высокую скрытность передачи и малую требуемую мощность ПРД, но необходимо иметь на борту ИСЗ устройство памяти.

Пассивная и активная ретрансляция приведена на рисунке 1.

По международной классификации орбиты спутников подразделяются на:

GEO – геостационарные;

LEO (Low Earth Orbit) – низкоорбитальные;

MEO (Middle Earth Orbit) – среднеорбитальные;

HEO (High Earth Orbit) – эллиптические высокоорбитальные.

Немедленная ретрансляция

Задержанная ретрансляция

Рисунок 1. Пассивная и активная ретрансляция.

1.2. Особенности построения спутниковых систем связи

В состав любой спутниковой системы связи входят следующие составляющие:

Космический сегмент, состоящий из нескольких спутников ретрансляторов.

Наземный сегмент, состоящий из:

• центра управления системой,

• центра запуска КА,

• командно-измерительных станций,

• центра управления связью,

• шлюзовых станций.

Пользовательский (абонентский) сегмент, осуществляющий связь при помощи персональных спутниковых терминалов

Наземные сети связи, с которыми через интерфейсы связи сопрягаются шлюзовые станции космической связи.

Космический сегмент.

Космический сегмент включает в себя несколько спутников-ретрансляторов, которые образуют космическую группировку. Спутники-ретрансляторы, как правило, размещаются равномерно на определенных орбитах.

В состав любого связного КА входят следующие основные элементы:

• Центральный процессор

• Радиоэлектронное оборудование БРТК

• Антенные системы

• Система ориентации и стабилизации

• Двигательная установка

• Система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи)

В состав любого связного КА входят следующие основные элементы:

• Центральный процессор

• Радиоэлектронное оборудование БРТК

• Антенные системы

• Система ориентации и стабилизации

• Двигательная установка

• Система электропитания (аккумуляторы и солнечные батареи)

2. Основы организации радиосвязи в авиационных частях

Основные документы – «Регламент радиосвязи ВВС» и «Инструкция по разработке радиоданных для воздушной радиосвязи авиации ВС РФ». Разработка радиоданных производится с учетом укомплектованности ВС средствами связи МВДМВ диапазонов с различными сетками частот.

Частоты в МВдиапазоне для обеспечения управления ВС внутри авиационного объединения, соединений и частей ВВС на территории военного округа назначаются распоряжением Начальника войск связи и РТО округа.

Частоты в ДМВдиапазоне назначаются из Таблицы частот ДМВ диапазона, которая является приложением к Регламенту радиосвязи ВВС.

При невозможности установления радиосвязи в ДМВ диапазоне экипаж самостоятельно должен переходить на связь в MB-диапазон. Радиоданные воздушной радиосвязи сменяются по апериодическим срокам. Время перестройки бортовых и наземных радиостанций  15.00 московского времени. Если ко времени перестройки радиостанций имеются в полете самолеты, то радиосвязь с ними обеспечивается на радиоданных истекшего срока до их посадки или окончания связи. В ВВС воздушная радиосвязь органи­зуется по радиосетям и по радионаправлениям.

Радиосети: единые; взаимодействия; авиационных объединений, соединений и частей; резервные; скрытые и т.п.

Радионаправления: передачи данных разведки; дозаправки в воздухе и т.п.

Для обеспечения единства и чёткого взаимодействия при манёвре радиочастотами, каждой радиосети и радионаправлению отводится определённый условный канал с номерами 1...20.

Резервные радиосети предназначены для увеличения пропускной способности, скрытые - для повышения устойчивости радиосвязи в условиях организованных радиопомех.

Воздушная радиосвязь организуется в соответствие с ТТХ радиостанций, которыми оборудо­ваны ВС.

Примерное распределение каналов командной радиосвязи в ИАП приведено в таблице 1.

Таблица 1.

№ кан.	Наименование радиосетей
1	Единая командно-стартовая радиосеть аэродромов. Настраивается на единую частоту 124,0 МГц.
2	Радиосеть управления самолетами авиадивизии. Частота сменная.
3	Радиосеть взаимодействия родов авиации. Частота 130,75 МГц.
4	Единая радиосеть пеленгации. Частота 130,0 МГц.
5	Радиосеть управления ВС при перелетах. Частота 128,5 МГц.
6	Радиосеть управления самолетами ИАП. Частота сменная.
7	Радиосеть командно-стартовая основного аэродрома. Частота сменная.
….
20	Единая радиосеть поисково-спасательной службы. Частота 121,5 МГц.
«21»	Радиосеть односторонней связи КДП военных аэродромов с самолетами через АРК и ДПРМ.

3. Перспективы развития авиационных систем радиосвязи

Анализ состояния современных авиационных систем связи показывает, что в процессах эффективного управления ВВС имеются недостатки, обусловленные следующими факторами:

• низкой надежностью и живучестью систем связи в условиях применения ядерного оружия;

• слабой помехоустойчивостью систем связи в условиях воздействия средств радиоэлектронного подавления;

• низкой пропускной способностью каналов связи при критических ситуациях;

• наличием устаревших систем связи, не отвечающих современным требованиям;

• нестыковкой различных систем связи в рамках даже одного вида ВС и, тем более, разных видов ВС;

• недостаточной глобальностью систем связи, наличием у них так называемых «мертвых зон».

Для устранения перечисленных недостатков можно выделить следующие основные направления развития систем связи:

• переход к цифровым системам связи с высокими техническими характеристиками и с возможностью выбора видов режимов;

• обеспечение совместимости систем связи на основе единых стандартов и протоколов связи;

• освоение новых диапазонов частот на основе внедрения перспективной техники радио-, радиорелейной, тропосферной и спутниковой связи, ускорение внедрения волоконно-оптических и лазерных систем связи;

• повышение оперативно-тактических характеристик систем и средств связи на базе использования новой элементной базы, вычислительной техники, оптоэлектроники и т.д.;

• внедрение систем и средств автоматизации процессов управления связи;

• создание интегральных широкополосных систем связи.