Помехи в радиоканалах

При прохождении по радиоканалу полезный сигнал взаимодействует с помехами. Принято считать, что на выходе канала имеется либо сигнал с помехой, либо только помеха. Сигнала, не искаженного помехой, не бывает — весь вопрос только в виде и величине этих искажений. Помехой называют любое воздействие на сигнал, являющееся случайным и носящее необратимый характер. Помехи подразделяются на аддитивные и мультипликативные.

Аддитивные помехи относятся к наиболее исследованному виду мешающих воздействий. Их источниками являются физические явления, порождающие электромагнитные волны, воздействие которых оказывает негативное влияние на полезный радиосигнал и может привести к искажению содержащейся в нем информации. Принято считать, что основные источники помех: явления в атмосфере (атмосферные помехи); работающие промышленные электроустановки — работа транспорта, электродвигателей, научной аппаратуры (промышленные помехи); излучение из космического пространства — Солнца, звезд (космические помехи); помехи от работы других радиосистем, а также от радиоустройств, входящих в свою систему (внеи внутрисистемные помехи). Также имеют место аппаратурные помехи, связанные с электрическими колебаниями случайного характера на уровне молекулярных и атомарных структур радиоэлементов, из которых изготовлены устройства. Эти помехи носят характер шума и называются флуктуационными. От них нельзя избавиться, можно только осуществлять мероприятия по ослаблению их воздействия на полезный сигнал.

По виду аддитивные помехи подразделяются на непрерывные и импульсные. Непрерывные помехи по спектральному составу могут быть узкои широкополосными, случайными и квазидетерминированными. Импульсные помехи могут носить характер хаотической последовательности импульсов, причем период их следования таков, что переходные процессы импульса завершаются до появления следующего. Помехи бывают сосредоточенными по спектру — это сигналы от других радиосрсдств и их называют структурно-дстсрминированными, так как можно выяснить характер модуляции мешающих радиосигналов; и, наконец, прицельные помехи — они создаются противником и их структура наиболее близка к полезному сигналу.

Любые помехи в радиосистемах создают ложную информацию, препятствующую выделению полезной информации в месте приема.

При мультипликативных (модулирующих) помехах ложная информация возникает вследствие изменения параметров самого полезного сигнала, т. е. из-за искажения полезного сигнала помехами.

Из-за такого специфического воздействия мультипликативных помех вытекает важное для практики следствие. Если влияние аддитивных помех можно уменьшить, увеличивая энергетический уровень сигнала (увеличивая отношение сигнал/помеха), то при мультипликативных помехах такая мера не дает результата — индекс модуляции сохраняется независимо от уровня модулируемого колебания.

Влияние модулирующих помех на параметры сигналов и характеристику РТС существенно зависит от времени обработки сигнала в приемном устройстве и скорости изменения его фазы и амплитуды, вызываемых помехами. Если время корреляции помехи много больше длительности Т когерентно обрабатываемого сигнала, то изменение амплитуды и фазы сигнала, вызываемое помехой, происходит относительно медленно и в течение времени Т этими изменениями можно пренебречь, полагая, что амплитуда и фаза изменяются лишь от одной реализации к другой. В этом случае форма сигнала практически не искажается и воздействие помехи ограничивается изменениями начальной фазы сигнала и его амплитуды.

Вопросы приема сигналов со случайной начальной фазой и случайной амплитудой достаточно хорошо проработаны и успешно решаются.

Если же время корреляции помехи соизмеримо с длительностью Т когерентно обрабатываемого сигнала или меньше ее, то помеха искажает форму (структуру) сигнала, т. е. изменяет закон, по которому меняются во времени его огибающая и фаза. Отсюда следует, что возможность возникновения модулирующих помех определяется не только характеристиками источника помех, но и параметрами сигнала. При заданных характеристиках источника помех данный источник может создавать модулирующие помехи при когерентных сигналах большой длительности и не создавать их при сигналах малой длительности, изменяя у последних только начальную фазу и мощность.

Мультипликативные помехи могут возникать во всех элементах каналов передачи информации — как в процессе распространения радиоволн, гак и при прохождении сигналов через аппаратуру РТС.

В процессе распространения и отражения радиоволн возникновение модулирующих помех может вызываться несколькими факторами.

Флуктуации коэффициента преломления среды, вызванные флуктуациями температуры, давления и влажности в турбулентной тропосфере и флуктуациями электронной концентрации в ионосфере и космической среде, приводят к флуктуациям фазы сигнала, прошедшего через такую среду.

В результате рассеивания радиоволн на локальных неоднородностях тропосферы принимаемый сигнал является результатом интерференции множества сигналов, создаваемых отдельными областями рассеивания и сдвинутых во времени. Результатом являются искажения суммарного сигнала, причем наиболее значительно искажаются сигналы с фазовой или частотной модуляцией. Причем эти искажения флуктуируют. Аналогичные искажения претерпевает сигнал при отражении радиоволн от ионосферы или от земной поверхности. При распространении радиоволн через околосолнечную или межпланетную плазму происходит фазовая модуляция сигналов по случайным законам за счет движения плазменной среды с высокими скоростями. В случае взаимных перемещений передатчика и приемника РТС меняется трасса распространения радиоволн и соответственно распределение неоднородностей на трассе.

При распространении радиоволн в нелинейных средах возникает перекрестная модуляция сигналов. Например, в ионосфере сигнал РТС подвергается добавочной модуляции вследствие воздействия сигнала другой РТС, распространяющегося одновременно с нашим и имеющего большую интенсивность.

Возникновение мультипликативных помех в процессе распространения радиоволн удобно представлять как результат прохождения сигнала через линейный четырехполюсник с переменными во времени параметрами.

В передающих устройствах модуляционные помехи являются результатом наличия собственных шумов генераторных приборов, в результате чего флуктуируют фаза и амплитуда на выходе автогенераторов. Умножение частоты увеличивает флуктуации фазы. Практически любые флуктуации в радиоустройствах — напряжений источников питания, параметров элементов приводят к модулирующим помехам. Аналогичные эффекты имеют место и в приемных устройствах. Воздействие модулирующих помех на сигнал с большой базой приводит к ухудшению качества «сжатия». В результате наряду с уменьшением пика отклика, растут боковые выбросы и это явление при большом уровне искажений приводит к «дроблению» сигнала на выходе согласованного фильтра.

В фазированных антенных решетках и РЛС бокового обзора вследствие нарушения фазовых и амплитудных соотношений в элементах ФАР или синтезированной решетке искажаются диаграммы направленности антенн.

В радиотехнических системах помехи подразделяют на активные — это помехи от мешающих источников излучения различного вида — и пассивные — это помехи, возникающие в результате нереотражения сигналов от мешающих объектов. Кроме того, помехи подразделяют на преднамеренные (специально организованные противником) и непреднамеренные. Ранее рассмотренные шумовые, атмосферные, промышленные и взаимные помехи являются активными непреднамеренными помехами. Преднамеренные помехи специально создаются противником с помощью систем разрушения информации. Преднамеренные помехи могут быть и пассивными — нахождение на трассе распространения радиоволн искусственных мешающих объектов (ложные цели, фольга и т. п.). Пассивными естественными помехами могут быть снеговые облака и аналогичные образования в атмосфере.