Исследование и разработка мобильных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом

Актуальность темы

В настоящее время радиотехника играет значительную роль в жизни людей. Она незаменима в повседневной жизни: при передаче информации между движущимися объектами, в труднодоступные, малонаселенные пункты, где нет возможности общения по проводным телефонным, оптоволоконным линиям. Без нее невозможно управление воздушными судами, своевременное реагирование служб МЧС в случае техногенных катастроф (Чернобыльская АЭС, Саяно-Шушенская ГЭС), стихийных бедствий (пожары, наводнения, землетрясения), уносящих за собой множество человеческих жизней. С применением радиотехнического оборудования ведется управление ходом операций спецслужбами (предотвращение террористических актов).

В свою очередь, для правильного, четкого руководства полетами воздушных судов авиадиспетчерскими службами, операциями службами МЧС, спецслужбами с одной стороны и отлаженных действий исполнителей с другой необходимо иметь объективное представление о происходящих событиях. Картина происходящего формируется благодаря поступлению информации с разных направлений. Временем ее формирования порой определяется число спасенных человеческих жизней. Параллельная работа с несколькими абонентами, источниками или рецепторами информации, значительно уменьшает время принятия того или иного решения. Однако, она возможна только в случае многоканальных радиотехнических систем. Цифровые средства позволяют путем частотного, временного, кодового методов разделения каналов обеспечивать многоканальный прием, но они не совместимы с существующими средствами радиосвязи, что недопустимо для разрабатываемых радиоустройств, предназначенных для работы не только между собой, но и с эксплуатируемым парком аналоговых радиосредств.

Кроме того, в условиях бурного освоения телерадиокоммуникационного пространства радиотехническое оборудование помимо таких параметров, как диапазон рабочих частот, чувствительность, мощность излучения, должно обеспечивать заданное качество транслируемых сообщений на фоне сложной электромагнитной обстановки. К устройствам, работающим в аэропортах, в чрезвычайных ситуациях, в ходе спецопераций, предъявляются повышенные требования по электромагнитной совместимости (ЭМС), так как они должны обеспечивать выполнение своих функций не только при воздействии естественных и искусственных непреднамеренных, но и при преднамеренно созданных радиопомехах.

Обеспечение функционирования аппаратуры не только при воздействии естественных и искусственных непреднамеренных, но и при преднамеренно созданных радиопомехах является одной из проблем, стоящей перед разработчиком оборудования. В случае многоканальной аппаратуры проблема обеспечения ЭМС усугубляется присутствием мощного радиоизлучения со стороны передающего оборудования, работающего на побочных каналах.

Тематике обеспечения ЭМС радиосистем посвящены работы научных школ В. И. Владимирова, Е. М. Виноградова, H.H. Буга, A.JI. Бадалова Н. И. Калашникова и др., а также иностранных ученых Д.Р. Ж. Уайта, У. К. Хейла, К. Феера и др. Однако при реализации приемо-передающих комплексов (ПИК) проблема обеспечения заданного качества транслируемых сообщений стоит особенно остро, так как необходимо решать вопросы, связанные не только с функционированием оборудования на фоне сигналов, присутствующих в радиоэфире независимо от работы ППК, но и, главным образом, в условиях мощного радиоизлучения, как на основных, так и на побочных каналах передачи, создаваемых самим ППК. На первый план выступает проблема обеспечения ЭМС радиосредств, входящих в состав ППК. Оценка ЭМС имеет свои особенности и требует дополнительных исследований.

Перечисленные выше требования к радиоаппаратуре, а именно:

— повышенные требования по ЭМС;

— обеспечение многоканального режима связи;

— работа с существующим парком аналоговых радиосредств обусловили развитие направления по разработке ППК.

Существующие в настоящее время ППК предназначены для обеспечения связи между авиадиспетчером и бортом воздушного судна. В силу своей узкой специализации они не могут быть использованы в более широком круге задач, поскольку обладают рядом существенных ограничений: являются стационарнымиработают на фиксированных неперестраиваемых радиочастотах: каждая пара приемник-передатчик, входящая в состав ППК, работает только на одной, отведенной для нее фиксированной частоте, что обусловлено спецификой работы авиадиспетчерских служб РФ.

Для грамотного, своевременного руководства проведением операций различного родаорганизации в кратчайшие сроки локальных радиосетей необходима разработка многоканальных приемо-передающих комплексов, отвечающих таким требованиям, как:

1. Мобильность. ППК должен быть транспортабелен для перемещения в необходимое место в кратчайшие сроки.

2. Экономичность. ППК должен удовлетворять требованиям совмещенного комплекса, преимуществами которого являются: существенное снижение первоначальных затрат на создание комплексаснижение эксплуатационных расходов.

3. Наличие изменяемого частотного плана. Обусловлено, во-первых, необходимостью обеспечения ЭМС комплекса с другими радиоустройствами в разных территориальных областях, во-вторых, необходимостью соблюдения в ряде случаев режима секретности.

Выполнение перечисленных требований при создании ППК сопряжено с решением ряда насущных проблем обеспечения ЭМС аппаратуры, входящей в состав ППК. Поэтому тема диссертационного исследования, направленная на создание мобильных многоканальных совмещенных приемо-передающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и спецслужб РФ актуальна и своевременна.

Цель и задачи исследования

Целью диссертационного исследования является создание мобильных многоканальных совмещенных приемопередающих комплексов с изменяемым частотным планом для служб МЧС и служб специального назначения.

Для достижения указанной цели следует решить задачи:

— исследовать существующие ППК;

— предложить методику и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

— разработать помехозащищенную с высокими динамическими характеристиками радиостанцию для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом.

Объектом исследования являются радиотехнические системы передачи информации и управления наземным, воздушным транспортом, группами людей или отдельными людьми.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы функционирования радиосистем в составе совмещенных приемо-передающих комплексов.

Методы исследования.

В работе использован аппарат математического анализа, методы математического моделирования и системного анализа, положения теории электромагнитной совместимости радиосредств и положения теории эксперимента.

Научная новизна полученных в работе результатов заключается в том, что:

— разработана методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом;

— предложены методики расчетов и разработаны радиочастотные полосовые высокодобротные фильтры с крутыми фронтами подавления и малогабаритные радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению.

Достоверность результатов подтверждается использованием апробированного математического аппарата, логической обоснованностью разработанных вопросов, результатами модельных и натурных экспериментов, испытаниями и имеющимся опытом эксплуатации разработанных радиостанций.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

— разработанная методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом существенно ускоряют принятие решений по переходу на другие рабочие частоты и снижают вероятность настройки радиостанции на пораженную частоту, что приводит к более эффективной работе комплексапозволяет создавать совмещенные ППК с изменяемым частотным планом, в значительной степени более дешевые как при производстве, так и в ходе эксплуатации;

— разработанные фильтры позволяют улучшить характеристики по избирательности существующих и разрабатываемых приемо-передающих радиостанций при уменьшении массогабаритных параметров, что ведет в конечном счете к снижению затрат на производство радиоаппаратуры;

— разработанный высоколинейный тракт приемовозбудителя радиостанции, построенный по трансиверной схеме, снижает массогабаритные показатели радиостанции, трудоемкость при производстве и, как следствие, ведет к удешевлению радиостанции в целом.

На защиту выносятся научно обоснованные технические разработки, имеющие существенное значение для экономики страны:

— методика расчета радиочастотных полосовых фильтров с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить их конструктивные размеры при тех же или лучших характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза;

— методика построения малогабаритных радиочастотных фильтров с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери в полосе пропускания на 10%;

— методика и алгоритмы обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот.

Личный вклад автора. Основные идеи и технические решения явились результатом исследований, в которых автор принимал непосредственное участие в течение последних 8 лет. За это время им опубликовано 10 научных работ. Являясь заместителем главного конструктора, автор лично участвовал в проектировании и изготовлении радиостанций в ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» и во всех приемо-сдаточных испытаниях разработанной аппаратуры.

Результаты работы внедрены в разрабатываемом оборудовании ОАО «Владимирское КБ радиосвязи» (Акты внедрения от 08.06.2011 г.) и в серийное производство на предприятии ОАО «Владимирский завод «Электроприбор» (Акт внедрения от 09.06.2011 г.). Использованы в учебном процессе Владимирского государственного университета (Акт внедрения от 14.06.2011 г.).

Апробация работы и публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 1 статья в рекомендованном списком ВАК журнале, 1 статья в рецензируемом журналеполучено 2 патента на полезную модель. Результаты работы докладывались, были одобрены и опубликованы в трудах 5 научно-технических конференций: IX Международного симпозиума ЭМС-2011; международной научно-технической конференции «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии» — IV, V научно-технических конференций «Вооружение, технология, безопасность, управление» — всероссийской научно-технической конференции «Исследование, проектирование, испытание и эксплуатация информационно-измерительных устройств военной техники» .

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Она изложена на 166 стр., в том числе: 104 стр. основного текста, 7 стр. списка литературы, 46 рисунков, 6 таблиц, 55 стр. приложений.

Основные результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Предложена методика обеспечения ЭМС радиостанций при выборе рабочих радиочастот для совмещенных ППК с изменяемым частотным планом, позволяющая повысить эффективность определения запрещенных комбинационных частот;

2. Разработаны алгоритмы выбора рабочих частот при подготовке к работе и в течение эксплуатации комплекса;

3. Создана программа расчёта комбинационных и промежуточных частот для радиотехнических систем передачи информации и управления;

4. Разработан тракт приемовозбудителя с высокими динамическими характеристиками, функционирующий по трансиверной схеме для входящих в состав ППК радиостанций;

5. Предложена методика расчета и разработаны радиочастотные полосовые фильтры с крутыми фронтами подавления, позволяющая уменьшить конструктивные их размеры при тех же характеристиках по сравнению с фильтрами Кауэра в 2 раза.

6. Предложена методика построения и разработаны малогабаритные радиочастотные фильтры с трансформацией по сопротивлению, позволяющая при тех же конструктивных размерах по сравнению с классическими фильтрами уменьшить диссипативные потери на 10%.

7. Разработана радиостанция для включения в состав мобильного совмещенного ППК с изменяемым частотным планом;

8. Проведены испытания разработанной радиостанции, подтверждающие соответствие ее выходных параметров заданным требованиям.

8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Образец радиостанции Р-853-В2М КП10 № 0801 соответствует п. 21 ПРОГРАММЫ типовых испытаний образца радиостанции Р-853-В2М КТ110 ХЖ1.600.007−10.

Представитель заказчика ипецна гы и флчи II.

2008 г.