Исследование энергетических характеристик радиотехнических систем передачи-приема сверхширокополосных и сверхкороткоимпульсных сигналов и помех

Актуальность темы

За последние годы резко возрос интерес к изучению вопросов, связанных с формированием, излучением, распространением, приёмом и обработкой сверхширокополосных сигналов (СШПС) и сверхкоротких импульсов (СКИ). Причина этого заключается в ожидании больших возможностей, открывающихся с появление новой техники, принципы построения и функционирования которой основаны на использовании СШПС и СКИ. Так, в радиолокации повышается точность измерения расстояния до объектов и разрешающая способность, устраняется лепестковая структура диаграмм рассеяния облучаемых целей, реализуется возможность построения «радиопортрета» объекта и на этой основе его распознавание, повышается помехозащищённость и скрытность работы радаров. В радиосвязи повышается скорость передачи информации, повышается помехоустойчивость и информационная безопасность работы радиолинии, улучшается электромагнитная совместимость при работе в совместной полосе частот с другими узкополосными радиосредствами т.д. В практике радиоэлектронной борьбы впервые реализуется возможность с помощью мощных СКИ дистанционно воздействовать не только на приёмники работающих радиоэлектронных средств, но и на такие ранее недоступные и нетрадиционные объекты как передатчики, компьютеры, различные полупроводниковые узлы и блоки, причём не только функционирующие, но и находящиеся даже в разобранном состоянии.

Многие важные физические и технические аспекты построения новых радиосистем обсуждались на обычных и специализированных научных конференциях [3−6, 41−50, 84, 95, 99 и др.], исследованы в монографиях [1, 2, 7, 8, 46 и др.], статьях [9−23, 26−40, 43, 63, 67, 72,73,76,78, 80, 85, 86, 91−94, 96, 98, 100 и др.], в т. ч. в работах X. Хармута, Дж. Тейлора (США), К. Коппа (Австралия), Л. Ю. Астанина, Н. В. Зернова, А.Ф. Кардо-Сысоева, В.А. Сары-чева, А. Д. Французова (г.С.-Петербург), Л. Д. Бахраха, И. Я. Иммореева, Д. И. Воскресенского, А. Ю. Гринёва, В. А. Кашина, В. Н. Скосырева, H.A. Бея, В. Н. Митрохина, C.JI. Чернышёва, В. А. Пермякова, A.A. Соколова (Москва), В. И. Кошелева, Ю. Г. Юшкова (Томск), В. В. Крымского (Челябинск), А. П. Трифонова, А. П. Ярыгина, В. В. Быкова, Ю. Г. Пастернака (Воронеж), Д. А. Усанова (Саратов), С. Н. Долбни (Сергиев Посад), A.B. Самсонова (Муром), Я. Д. Ширмана, Л. Г. Содина, Г. В. Ермакова, И. И. Магды (Харьков) и многих других.

Вместе с тем, несмотря на большое число публикаций, до сих некоторые принципиальные вопросы, связанные с расчётом и измерением важнейших характеристик различных типов систем передачи-приёма СШПС и СКИ, оставались не решёнными. В частности, практически отсутствовали, либо имелись фрагментарно сведения об энергетических и корреляционных характеристиках связных и локационных систем передачи-приёма СШПС и СКИ, а также достижимых энергетических характеристиках устройств электромагнитного поражения и функционального подавления радиоэлектронных объектов, защищенных радиопоглощающими укрытиями. Не были в достаточной мере ни теоретически, ни экспериментально изучены особенностей воздействия мощных СКИ на современные телекомдействия мощных СКИ на современные телекоммуникационные системы, в частности, мобильную и сотовую радиосвязь, в особенности в режиме передачи. Отсутствовали также достаточно адекватные модели и надёжные данные измерений по распространению СШПС и СКИ, излучаемых системами локации и связи и средствами радиоэлектронной борьбы, внутри зданий с ячеистой структурой и поглощающими препятствиями в виде стен и дверей.

По этим причинам тема данной диссертации, посвященной изучению энергетических характеристик и особенностей функционирования различных систем и устройств передачи-приёма сверхширокополосных и сверхкоротко-импульсных сигналов и помех и в этой связи частично восполняющей отмеченные пробелы в предыдущих исследованиях, является актуальной.

Цель работы — развитие представлений о потенциальных возможностях и эффективности нового класса систем радиолокации, радиосвязи, средств радиоподавления и электромагнитного поражения на основе определения и исследования достижимых энергетических характеристик различных типов систем и устройств передачи-приёма сверхширокополосных и сверх-короткоимпульсных сигналов и помех.

Объект исследований — системы и устройства передачи-приёма СШПС и СКИ.

Предмет исследований — энергетические характеристики систем и устройств передачи-приёма СШПС и СКИ.

Достижение поставленной цели основано на решении следующих 3 составных частей и 7 основных задач:

I. Исследование энергетических характеристик связных и локационных систем передачи-приёма СШПС и СКИ:

1. Обобщение на случай СШПС уравнений передачи-приёма сигналов связными и локационными системами.

2. Разработка методики, расчёт и анализ достижимых энергетико-временных характеристик распространяющегося в атмосфере мощного СКИ и пространственно-временных параметров возникающего за ним ионизированного образования.

3. Разработка методики, расчёт и анализ достижимых энергетических потерь и ухудшения автокорреляционных свойств СКИ при уменьшении его длительности в системах дальней передачи по трансатмосферным трассам.

II. Исследование энергетических характеристик мощных сверхкорот-коимпульных устройств электромагнитного поражения и подавления радиоэлектронных объектов:

4. Поиск нелинейных помеховых эффектов и экспериментальное определение энергетических порогов их возникновения при воздействии мощных СКИ на телефоны мобильной связи и радиопередатчики.

5. Разработка методики, расчёт и анализ достижимых коэффициентов фокусирования излучения в мощных сверхкороткоимпульных устройствах электромагнитного поражения и подавления.

III. Исследование энергетических характеристик различных типов систем и устройств передачи-приёма СШПС и СКИ внутри здания:

6. Разработка аналитической методики, расчёт и анализ квазиоптимальных параметров передачи СКИ различными типами систем и устройств через поглощающие препятствия в виде стен и дверей.

7. Проведение и анализ экспериментальных измерений в сверхшироком диапазоне частот достижимых уровней ослабления ОВЧ-СВЧ радиоволн внутри типового офисного многоэтажного здания.

Методы проведения исследований. При решении поставленных задач использовались элементы теорий линейного и нелинейного распространения радиоволн, передачи-приёма сигналов в радиоканалах с рассеянием, теории цепей и статистической радиотехники, численного моделирование на ЭВМ, а также экспериментальные методы исследований, в т. ч. методики планирования экспериментов и проведения радиоизмерений.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Впервые классические уравнения дальности радиолокации и связи обобщены на случай применения СШП сигналов.

2. В разработанной методике расчёта энергетико-временных характеристик мощного СКИ и пространственно-временных параметров возникающего за ним ионизированного образования, в отличие от известных аналитических и численных методик, страдающих в первом случае значительной относительной погрешностью, а во втором — большим временем расчётов, реализован комбинированный подход, основанный на рациональном поэтапном применении численных и аналитических алгоритмов, согласованных по входу и выходу, что позволяет обеспечить достаточно высокую относительную точность расчётов при практически приемлемых временных затратах.

3. Впервые теоретически установлено, что при уменьшении длительности СКИ до декапикосекундных и пикосекундных значений в системах дальней передачи СКИ по трансатмосферным радиотрассам резко возрастают (в ряде случаев на 2.3 порядка величины) энергетические затраты, требуемые для предыскажения спектра передаваемого СКИ с целью сохранения его времени автокорреляции, что позволяет определить границы использования классического корреляционного метода обработки принимаемых сигналов применительно к сигналам класса СКИ.

4. Получены новые экспериментальные данные об энергетических порогах появления «сбойных» помех, а также обнаружены новые, энергетически эконономичные и по этой причине перспективные для применения в средствах радиоподавления и электромагнитного поражения типы помехтак называемые «циркулярные» и «переключающие режимы», которые возникают при проникновении мощных СКИ через корпуса сотовых радиотелефонов и работающих в режиме передачи мобильных радиостанций.

5. Впервые теоретически обоснована возможность фокусировки импульсного поля в сверхкороткоимпульных устройствах электромагнитного поражения и подавления на основе обобщённого на случай СКИ способа зонирования апертуры антенны.

6. Впервые на основе учёта дисперсионного воздействия передающих и приёмных антенн, а также поглощения в препятствии, определены квазиоптимальные (по энергетико-временному критерию) частоты передачи СКИ локационными и связными системами через стены и двери в здании.

7. Впервые предложена и на основе полученных в сверхшироком диапазоне частот экспериментальных данных обоснована новая, физически более корректная модель формирования результирующего поля внутри многоэтажного здания гостиничного типа, отличающаяся от известной однокомпо-нентной модели с переменной степенной зависимостью плотности потока мощности от расстояния учётом большего числа компонент («сквозной», дифракционной и волноводной), что позволяет существенным образом уточнить энергетические требования, предъявляемые к локационными и связными системами и средствам радиоподавления и электромагнитного поражения с зоной действия внутри здания.

Достоверность полученных в работе теоретических результатов подтверждается корректным применением используемых методов исследований и математического аппарата, а также совпадением частных результатов расчётов с результатами, независимо полученными с использованием других моделей и методик. Достоверность экспериментальных результатов подтверждается натурным характером проведения экспериментов, использованием для измерения и регистрации аттестованных средств и апробированных частных методик.

Практическая ценность полученных в диссертации теоретических и экспериментальных результатов заключается, главным образом, в том, что они могут служить основой в дальнейшей поиске целесообразных принципов построения и разработке методов оценки эффективности функционирования перспективных систем радиолокации, связи и средств радиоэлектронной борьбы, использующих СШПС и СКИ. Кроме того, созданные и апробированные программы расчёта на ПЭВМ характеристик различных радиоканалов позволяют расширить возможности существующих специализированных программных пакетов по обоснованию потенциально достижимых технических характеристик СШПи СКИ-средств и систем.

Реализация основных результатов.

Разработанные программные продукты и полученные теоретические и экспериментальные результаты использованы в 5 ЦНИИИ МО РФ и Военном институте радиоэлектроники (ВИРЭ, г. Воронеж).

В частности, в 5 ЦНИИИ МО РФ использованы: программа расчёта на ПЭВМ энергетических и корреляционных характеристик передачи-приёма СШПС в радиоканалах с апертурными антеннамипрограмма расчёта на ПЭВМ энергетических характеристик направленности дипольных, рупорных и зеркальных антенн, а также антенных решёток, возбуждаемых СШПС и СКИпрограмма расчёта на ПЭВМ характеристик фокусирования сверхко-роткоимпульсного излучения.

В ВИРЭ использованы результаты экспериментальных исследований нелинейных помеховых воздействий мощных СКИ на телефоны мобильной связи и радиопередатчики, а также результаты измерений в сверхшироком диапазоне частот уровней ослабления радиоволн внутри многоэтажного здания офисного типа.

Диссертационная работа выполнена в рамках научного направления ВГТУ «Перспективные радиоэлектронные и лазерные устройства, системы передачи, приёма, обработки и защиты информации» (47.05/02, 47.13/02, 47.33/02). Работа является результатом обобщения исследований, проведенных автором в аспирантуре ВГТУ в период 2001;2004 гг.

Публикации и апробация результатов работы.

Основные результаты исследований изложены в 19 работах, в т. ч. в 4 отчетах о НИР, 8 статьях, из которых 7 опубликованы в международных и центральных республиканских журналах. Результаты в виде докладов (тезисов докладов) представлялись на 7 конференциях международного, всероссийского и регионального уровней.

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем разработаны основные положения методик, алгоритмы и программы расчёта энергетических и корреляционных характеристик связных и локационных систем передачи-приёма СШПС и СКИ [111, 112, 117, 120]- параметров распространяющегося в атмосфере мощного СКИ и возникающего за ним ионизированного образования [116]- коэффициентов фокусирования СКИ [118].

Учитывая, что широкомасштабные (в частности, натурные) экспериментальные исследования [119, 121−125] с привлечением большого количества сил и средств невозможно провести единолично, роль соискателя в них заключалась в участии в разработке программ и частных методик проведения экспериментов, в проведении отдельных этапов экспериментов, в обработке полученных результатов и их анализе в интересах оценки энергетических характеристик и особенностей функционирования систем и устройств передачи СШПС и СКИ.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованных источников и приложения. Объём работы: 124 страницы, включая 20 рисунков, 3 таблицы, список использованных источников из 129 наименований (в т.ч. 19 работ автора).

Основные результаты раздела опубликованы в [119, 122].

Проведенный физический анализ показал, что результирующее поле в точке приёма внутри здания гостиничного типа, формируется в основном из трёх составляющих: «сквозной» (обусловленной прохождением волны сквозь препятствия в виде стен, перекрытий и дверей) — дифракционной (обусловленной прохождением волн по сложной «ломаной» трассе, например, «передающая антенна — проём окна комнаты — вдоль стены здания — проём окна другой комнаты — приёмная антенна в этой комнате») и волноводной (обусловленной распространением в коридорах, лестничных пролётах, лифтовых шахтах и т. п.).

Доминирующее проявление той или иной компоненты зависит от взаимного расположения комнат с приёмной и передающей антеннами. При этом можно ожидать, что в соседних с передатчиком комнатах преобладающей будет сквозная компонентав достаточно удалённых от передатчика комнатах, находящихся на одной фронтальной стороне здания — дифракционнаяа в комнатах, находящихся на разных фронтальных сторонах — волно-водная. В промежуточных случаях, по-видимому, должна наблюдаться интерференция волн с участием трёх или двух превалирующих составляющих. Следует отметить, что данная многокомпонентная картина формирования поля, которой мы будем в дальнейшем руководствоваться, принципиально отличается от часто используемого упрощённого (см., например, [102, 103]) описания поля с помощью всего одной составляющей, у которой также, как и у волны в свободном пространстве, убывание мощности с расстоянием подчиняется степенному закону, но с показателем степени, отличным от 2 (как правило, больше, чем 2).

Лабораторный эксперимент в СВЧ диапазоне.

Как следует из анализа, поле «сквозной» компоненты зависит от поглощающих свойств материалов, из которых изготовлены двери и сооружены стены и перегородки в здании, и от толщины этих препятствий. Для оценки достижимых в СВЧ диапазоне уровней ослабления этой составляющей проведены измерения коэффициента прохождения К (по мощности) волн на лабораторной установке с использованием встречно-направленных рупоров, между которыми помещались образцы препятствий (рис. 3.3). Измерения проведены в диапазоне частот /=8. 12 ГГц, широко применяемых в радиолокации и спутниковой связи. Исследуемый обра-1*°.

Рисунок 3.3 — Схема измерительной установки с использованием встречно-направленных рупоров.

Методика определения коэффициента прохождения испытываемого образца основывалась на измерении и сравнении сигналов на входе приёмного устройства (Рна вх пр), полученных при условиях наличия (Р^ и отсутствия (Р0) исследуемого образца между передающим и приемным рупорами. Расчёт коэффициент прохождения (в дБ) проводился по формуле:

К = т%{Рх1Р0), где р0 — мощность сигнала на входе приемника в отсутствии образца между передающей и приемной антеннамир — мощность сигнала на входе приемника при условии наличия образца между передающей и приемной антеннами.

На рис. 3.4, 3.5 представлены результаты, полученные для образцов в виде силикатного кирпича с толщиной 8 см, кирпича из обожженной глины с толщиной 5 см, асбоцементной плиты с толщиной 2,5 см и сосновой доски с толщиной 5 см при параллельной (||) и перпендикулярной (1) ориентациях волокон доски относительно вектора Ё напряжённости облучающего электрического поля. При этом для кирпичей и досок приведены измерения как д ля сухих, так и для мокрых образцов, моделирующих внешние стены здания и входные двери, намоченные атмосферными осадками. сквозь кирпичи.

Рисунок 3.5 — Коэффициент прохождения СВЧ радиоволн сквозь деревянную доску и асбоцементную плиту.

Как видно из рис. 3.4, 3.5, ослабление волны при прохождении сквозь сухой обожжённый кирпич было незначительным и составляло -2.-8 дБ. Для мокрого кирпича ослабление возрастало до -14.-26 дБ. При прохождении сквозь силикатный кирпич ослабление было заметно большим и достигало -13.-32 дБ при сухом и -30.-48 мокром образцах. Ослабление, вызываемое асбоцементной плитой, составляло -4.-18 дБ. Для сухой доски ослабление было меньше —3.-6 дБ при перпендикулярной и -4.-12 дБ при параллельной ориентациях волокон доски относительно Е. Для мокрой доски ослабление существенно возрастало и, в частности, при параллельной ориентации достигало значений -20.-22 дБ, что даже превышало ослабление асбоцементной плитой.

Для всех образцов препятствий с повышением частоты сигнала величина К в среднем уменьшалась, хотя на некоторых частотах наблюдались интерференционные выбросы. В отличие от данных [102], приведенных для более низких частотах, в наших экспериментах уровень ослабление существенно зависел от толщины образцов препятствий и при её увеличении в среднем (с учётом интерференционных скачков) возрастал.

Натурный эксперимент в ОВЧ-УВЧ диапазонах Для сравнения достижимых уровней дифракционной и волноводной составляющих волн со «сквозной» компонентой проведены натурные измерения относительного ослабления сигналов ОВЧ-УВЧ диапазонов при их распространении из одной комнаты многоэтажного гостиничного типа панельного здания в другую (рис. 3.6).

Рисунок 3.6 — Схема 7-го этажа 8-этажного здания, в котором проводились эксперименты.

В первом цикле измерений передающая антенна (на рис. 3.6 отмечено как «ПРД») размещалась в середине крайней комнаты на том же этаже, что и приёмные антенныво втором цикле — в такой же комнате, но на один этаж ниже. Измерения проведены на 3 частотах, выбор которых был продиктован приближением к действующим стандартам мобильных систем радиосвязи: /=150, 460,930 МГц.

В качестве передающих и приёмных антенн использовались полуволновые симметричные (для /=460, 960 МГц) или несимметричные (для /=150 МГц) вертикальные вибраторы, поднятые над полом на высоту 1. 1,5 мприёмником служил микровольтметр 8МУ-8,5. Влияние близко расположенных предметов в комнатах и другие трудно учитываемые факторы не позволяли определить реальные характеристики направленности антенн, поэтому все проведенные измерения напряжения на выходе приёмника нормировались на некоторое опорное напряжение, в качестве которого было выбрано максимально достижимое напряжение при размещении приёмной антенны в соседней с передатчиком комнате (на рис. 3.6 комната № 1). Как показали дополнительные эксперименты, проведенные с использованием приёмных рупорных антенн, которые за счёт изменения ориентации оси рупоров позволяли определять главное направление приёма, основной вклад в опорное напряжение вносила «сквозная» (через стену) составляющая поля.

Обработанные результаты измерений представлены на рис. 3.7−3.8 в виде графиков нормированного напряжения х (в дБ) в зависимости от условного номера комнаты, в которой проводились замеры, при размещении передающей и приёмной антенн на одном и том же этаже (рис. 3.7) и на соседних этажах (рис. 3.8) здания. Случай, а относится к измерениям в комнатах №№ 1 -6, расположенных по ту же сторону коридора, что и комната, в которой находился передатчик, случай б — к измерениям в комнатах №№ 7−11, расположенных на противоположной стороне коридора. Цифрами на рисунках обозначены графики, относящиеся к максимальным (1) и минимальным (2) значениям %, зафиксированным в разных местах одной и той же комнаты. а) б).

Рисунок 3.7 — Нормированное напряжение на выходе измерительного приёмника в зависимости от номера комнаты размещения приёмной антенны при расположении передающей и приёмной антенн на одном этаже а) б).

Рис. 3.8 — Нормированное напряжение на выходе измерительного приёмника в зависимости от номера комнаты размещения приёмной антенны при расположении передающей и приёмной антенн на соседних этажах.

Анализ полученных результатов показал следующее. а) При расположении передатчика и приёмника на одном этаже. Максимальные значения напряжения в комнатах №№ 2 и 3, расположенных недалеко от передатчика, достигались у ближайшей к передатчику стенки при наименьшем геометрическом расстоянии между передающей и приёмной антенной, что являлось доказательством превалирующего вклада «сквозной» составляющей в формирование поля в этих комнатах. В более отдалённых от передатчика комнатах максимальные значения наблюдались в различных местах комнат, что, по-видимому, объясняется доминирующем проявлением дифракционной и волноводной компонент и их интерференцией. Примечательно, что уровень относительного ослабления, характеризуемый величиной X, был примерно одним и тем же для всех используемых частот. При этом в комнатах, расположенных на противоположной стороне коридора относительно комнаты размещения передатчика, уровень относительного ослабления был больше в среднем на 10 дБ, что, как выяснилось впоследствии, связано с подавлением проникающей через окно дифракционной компоненты на этой стороне здания. Вместе с тем, как следует из уточняющих экспериментов, проведенных в комнате № 11 с использованием на частоте 930 МГц приёмной рупорной антенны, именно дифракционная составляющая давала основной вклад в результирующее поле не только вблизи окна, но и даже вблизи двери комнаты. Таким образом, в данном случае волноводная компонента, зависящая от уровня «запитки» коридора, была пренебрежимо мала. Однако она резко возрастала и в итоге становилась доминирующей при передвижении передающей антенны с середины комнаты к двери, что вызвано существенным повышением уровня «запитки» коридора. При исходной позиции передающей антенны в середине крайней комнаты (рис. 3.6) разница между максимальным и минимальным уровнями относительного ослабления, измеренных в пределах одной комнаты, достигала значений 20. 35 дБ.

На основе обработки результатов измерений получена следующая ап-роксимационная формула для ориентировочной оценки средних значений %: X ?- [дБ]=-9Ы + А д, где N=5. 10 — число промежуточных комнат между комнатой расположения передатчика и комнатой расположения приёмника (случай а) или комнатой на противоположной стороне коридора (случай б), Аа б — дополнительное ослабление, возникающее из-за условий приёма:

Аа=0дБ, Аб= -10 дБ. б) При расположении передатчика и приёмника на соседних этажах. В комнатах, достаточно близко расположенных к передатчику, максимальные значения напряжения достигались при размещении приёмной антенны у окна, что свидетельствовало о превалирующем вкладе дифракционной компоненты. В более отдалённых комнатах максимальные значения наблюдались в различных местах комнат, что, по-видимому, вызвано конкурирующим проявлением волноводной компоненты и её интерференцией с дифракционной. Относительное ослабление сигнала имело выраженную частотную зависимость, наибольшее ослабление зафиксировано для частоты 930 МГц, наименьшее — для частоты 460 МГц. При этом в случае б по сравнением со случаем, а расположения приёмной антенны уровень ослабления был больше в среднем на 27 дБ. Разница между максимальным и минимальным уровнями относительного ослабления, измеренных в пределах одной комнаты, составляла в случае, а 30. 50 дБ, а в случае б существенно меньше — 20. 35 дБ.

Ожидаемые средние значения х можно оценить по формуле: %а б [дБ]=-8,5Л^ + б (/), где N=5. 10 — число промежуточных комнат между комнатой, расположенной над (или под) комнатой размещения передатчика на соседнем этаже, и комнатой приёмника (случай а) или комнатой на противоположной стороне коридора от комнаты приёмника (случай б) — Да (150МГц)= -13 дБ, Да (460МГц)= -5 дБ, Да (930МГц)= -20 дБ,.

Д^(/) = Да (/)-27дБ.

Установленные зависимости средних уровней относительного ослабления радиоволн в различных комнатах здания, полученные на основе проведенных сверхширокополосных лабораторных (в СВЧ диапазоне) и натурных (в ОВЧ-УВЧ диапазонах) измерениях полей в одном из многоэтажных зданий гостиничного типа, дополняют известные базы данных и качественно подтверждают справедливость предложенной трёхкомпонентной («сквозная», дифракционная и волноводная компоненты) модели формирования результирующего поля в точке приёма внутри здания гостиничного типа.

Полученные результаты измерений и оценки уровней ослабления волн, а также результаты анализа влияния «сквозной», дифракционной и волновод-ной компонент на формирование результирующего поля в различных комнатах здания могут быть использованы при корректировке существующих моделей [102] радиоканалов передачи-приёма С1ПП сигналов и СКИ внутри зданий, а также оценки характеристик соответствующих систем передачи-приёма.

Результаты исследований особенностей распространения радиоволн внутри зданий и, в первую очередь, оценки достижимых уровней относительного ослабления различных спектральных составляющих СЛИП сигналов и СКИ могут быть использованы при решении задач локации объектов, находящихся за стенами зданий, обеспечения информационной безопасности и электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств, находящихся в одном здании, проектировании беспроводной компьютерной сети, построении микрои пикосотовых систем связи (так называемого в иностранной литературе — «импульсного радио»), а также организации локального (в пределах одного здания) прицельного или заградительного по частоте и диапазону радиоподавления существующих и перспективных мобильных систем связи при проведении антитеррористических операций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Основные полученные в работе новые существенные результаты, сформулированные на основе их анализа выводы, а также разработанные рекомендации по использованию этих результатов на практике состоят в следующем.

1. С помощью спектрального подхода найдены аналитические выражения для важнейших энергетических характеристик системы передачи-приёма негармонических, в том числе сверхширокополосных и сверхкороткоим-пульсных сигналов: энергетического коэффициента направленного действия излучающего и энергетической эффективной площади приёмного элементов системы, энергетического эффективного момента системы, коэффициента автокорреляции принятого сигнала. Полученные выражения применимы для передающего и приёмного элементов произвольного типов. Найдены альтернативные формы записи этих выражений с использованием аппарата автокорреляционных функций. На этой основе обобщены на случай СШП сигналов классические уравнения дальности связи и локации. В качестве дополнительных к полученным энергетическим уравнениям передачи-приёма сигналов предложены корреляционные уравнения, с помощью которых определяются времена автокорреляции принятых сигналов. Показано, что неискажённая передача сигналов в системе возможна как результат двух взаимно компенсирующих друг друга искажений, возникающих при излучении и приёме.

2. На основе комбинированного использования известного приближённого аналитического подхода и дополнительных уточняющих численных процедур разработана новая, удовлетворяющий практическим запросам по точности и времени счёта, численно-аналитическая методика расчёта параметров мощного СКИ, распространяющегося по атмосферной радиотрассе, и возникающего за ним искусственного ионизированного образования. Показано, что с помощью численно-аналитической методики удаётся в ряде случаев существенно (в единицы-десятки раз) уточнить чисто аналитические оценки.

3. Исследованы потенциальные возможности обеспечения сверхмалого (порядка единиц-десятков пикосекунд) времени автокорреляции импульса на выходе трансатмосферной радиолинии за счёт целенаправленного предыскажения спектра исходного СКИ в системе дальней передаче СКИ. С помощью разработанной аналитической методики определены (в зависимости от достижимых времён автокорреляции) относительные уровни энергетических потерь, возникающих при распространении СКИ в пологой радиолинии, имеющей атмосферный участок с предельно большой протяжённостью. Показано, что для сохранения автокорреляционных свойств СКИ при уменьшении его длительности до нескольких десятков пикосекунд и менее энергетические затраты на предыскажение спектра резко возрастают (в ряде случаев на несколько порядков).

4. Проведены экспериментальные исследования нелинейных помехо-вых воздействий мощных наносекундных СВЧ (с несущей частотой ~ 9,3 ГГц) СКИ на близко расположенные телефоны мобильной связи (стандарта GSM/900 МГц) и ЧМ-радиопередатчики ОВЧ-УВЧ диапазона в целях изучения возможности возникновения аварийных сбоев и создания эффективных помех. Получены новые данные по пороговым плотностям потока мощности СКИ, приводящим к функциональному подавлению радиотелефона Siemens А-35 и функциональному поражению мобильной радиостанции ВЭБР-160/9. Установлено, что при воздействии на радиостанцию, работающую в режиме передачи, могут возникать неизвестные до этого новые типы помех: «переключающие» помехи, которые переводят работу передатчика в аномальный режим с дальнейшим функциональным поражением- «циркулярные» помехи, особенность которых заключается в одинаковой эффективности воздействия на все приёмники радиосети, независимо от их расположения относительно подвергшегося СКИ-облучению передатчика, вследствие одинакового отношения «сигнал/помеха» на входе каждого приёмника.

5. Аналитически исследованы возможности фокусирования СКИ-сигналов на больших расстояниях от излучающего элемента системы передачи СКИ за счёт зонирования апертуры и на этой основе улучшения массо-габаритных характеристик средств электромагнитного поражения и подавления радиоэлектронных устройств. Показано, что при возбуждении зонированной круглой апертуры радиусом 1 м с помощью СКИ с длительностью 10 пс выигрыш в увеличении плотности потока энергии вдоль оси на больших расстояниях от антенны может достигать 15 дБ. Установлено, что с уменьшением длительности СКИ выигрыш будет расти по гиперболическому закону.

6. На основе разработанной методики исследованы энергетические возможности и определены квазиоптимальные частоты СКИ при их передаче-приёме связной и локационной системами и передаче устройствами электромагнитного поражения и подавления по радиоканалам, содержащим ра-диопоглощающие препятствия виде бетонных стен или деревянных перекрытий и дверей. Показано, что в зависимости от параметров препятствия (его материала, толщины) квазиоптимальные частоты СКИ могут существенно отличаться и даже быть в разных частотных диапазонах (например, в УВЧ, СВЧ или КВЧ).

7. Проведены сверхширокополосные измерения уровней относительного ослабления радиоволн ОВЧ-УВЧ диапазонов в различных комнатах многоэтажного здания гостиничного типа в зависимости от их расположения относительно комнаты размещения передающей антенны. Для радиоволн СВЧ диапазона экспериментально в лабораторных условиях определены коэффициенты прохождения волн сквозь различные препятствия в виде сухих и мокрых кирпичей, асбоцементных плит и деревянных досок, из которых сооружаются стены, перегородки и двери внутри здания. Полученные результаты дополняют известные базы данных и качественно подтверждают справедливость предложенной новой трёхкомпонентной модели («сквозная», дифракционная и волноводная компоненты) формирования результирующего поля в точке приёма внутри здания гостиничного типа.