9-й Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии

Подождите немного. Документ загружается.

251

ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ

АНАЛИЗА ЭМС РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ

А. В. М

АСАЛЬ

, Р

ОССИЯ

Балтийская Государственная Академия Рыбопромыслового флота, e-mail: zf@bga.gazinter.net

Аннотация. Рассмотрены вопросы создания вычислительных алгоритмов для этапов частотного

анализа и энергетической оценки помех, а также вопросы моделирования радиоэлектронных

средств.

Abstract. The questions of creation of computing algorithms for stages frequency of the analysis and power

estimation of handicaps, and also questions of modeling of radioelectronic means are considered.

При создании алгоритмов анализа ЭМС целесо-

образно рассматривать классификацию моделей вза-

имодействия между радиоэлектронными средствами

(РЭС) в группе, основываясь на их разделении на

модель дифференциального вклада (МДВ) и на мо-

дель интегрального вклада (МИВ). Обе модели ЭМС

могут быть как детерминированными, так и стати-

стическими. МИВ создаётся на базе совокупных ха-

рактеристик РЭС, которые определяют интеграль-

ный сигнал группы РЭС и позволяет оценить его

воздействие на РП [1] , лишая такой подход возмож-

ности отбора наиболее опасных источников помех.

Использование МДВ целесообразно для малых груп-

пировок РЭС и обладает следующими преимущест-

вами:

1. Проведение детального анализа для отдель-

ных пар источник помех (ИП) – рецептор помех

(РП) и определение механизма образования по-

мехи;

2. Оценка уровня мешающего воздействия ИП

на РП с учётом фактических параметров РЭС и

отбор наиболее опасных ИП;

3. Определение каналов проникновения помех

(КПП) в радиоприёмник (РПМ).

МДВ позволяет дать детализированную оценку

ЭМС и определить наиболее эффективные меры по

обеспечению ЭМС РЭС.

В докладе с позиции МДВ рассматривается

спектральный метод анализа ЭМС, основанный на

частотно-ограниченных моделях РЭС. При этом ос-

новное внимание уделяется дуэльной оценке.

В общем случае алгоритм анализа ЭМС РЭС

включает в себя три этапа:

1. Частотный анализ помех (ЧАП);

2. Пространственный анализ помех (ПАП);

3. Энергетическую оценку помех (ЭОП);

Целью этапа ЧАП является проверка частотного

критерия (ЧК) и определение частотных параметров

КПП. На этапе ПАП определяется параметр связи

для дальней (ДЗ), либо для ближней зоны (БЗ). Це-

лью этапа ЭОП является определение мощности по-

мех, воздействующих на ПРМ через определённые

КПП и проверка энергетического критерия (ЭК).

Обобщённый алгоритм анализа ЭМС (рис.1) от-

ражает структуру основных решаемых им задач.

начало

Исходные данные

i=1,М,1

j=1,N,1

ЭОП по всем КПП

от N ПРД

ЭК

конец

Моделирование РПМ

Моделирование РПД

ЧК

нет КПП

k=1,kmax,1

Расчёт параметров КПП

ПАП

ЭОП

ЭК

ЭОП по всем КПП

от j-го РПД

ЭК

Оценка эффект блоки-

рования для j-го РПД

КБЛ

Оценка блокиро-

вания от N ПРД

Оценка эффекта

интермодуляции

КБЛ

КОП

Дуэль

Этап ЧАП

М – колличество РПМ,

N – колличество РПД,

kmax – колличество КПП

Вывод

результатов

Рис.1.

Суммарную мощность помех от j-го РПД, воз-

действующих через все k

max

КПП, можно записать:

[

]

,))(),(),(,(

),())(,(

max

)(

ДЗ(БЗ)

dfktkqkfS

RfLkpfWP

свjijji

−

−+=

∑

∫

(1)

где:

)(kf

вji

– нижняя и верхняя граничные час-

тоты k-го КПП (

)()()( kfkfkВ

нв

−

- ширина полосы

частот k-го КПП);

)(kp

– p-е ПИ, соответствующее k–

у КПП;

))(),(),(,( ktkqkfS

– односигнальная харак-

теристика частотной избирательности (ХЧИ) i-го

252

РПМ в пределах k-го КПП;

)(),(),( ktkqk

– значения

типа преобразования, порядка ПКП и номера гармоники

гетеродина, соответствующие k-у КПП;

))(,( kpfW

–

спектральная плотность мощности j-го РПД в пределах

k-го КПП;

),(

)(

RfL

БЗДЗ

свji

– связь между j-м РПД и i-м РПМ

для ДЗ, либо БЗ в пределах k-го КПП;

)()( kffkf

вн

≤

На рис. 2 представлен алгоритм решения чис-

ленным методом прямоугольников выражения (1),

которое в этом случае для k-го КПП выглядит сле-

дующим образом:

[

]

,)(),(),(),2/)(),((

),2/)(),((

))(,2/)(),(()(

ДЗ(БЗ)

ktkqkkhknfS

RkhknfL

kpkhknfWkhP

свji

jji

+−

−++

++=

∑

−

(2)

где h(k) – шаг вычисления подынтегральных функ-

ций в (1) для k-го КПП; m – количество шагов (опре-

деляет скорость и точность вычислений).

ЭОП

h(k)=(fн(k)-fв(k))/m

n=0,m-1,1

f(n,k)=fн(k)+nh(k)

Расчёт

Wj(f(n,k)+h(k)/2,p(k))

Расчёт

Si(f(n,k)+h(k)/2,η(k),q(k),t(k))

Sum += (Wj(f(n,k)+h(k)/2,p(k))+

+ Lсвji(fср(k),R)-

-Si(f(n,k)+h(k)/2,η(k),q(k),t(k)))

Pji = h(k)Sum

конец

Определение шага

вычисления подын-

тегральных функций

(1)

Определение частоты

на n – ом интервале

Определение значения

спектральной плотнос-

ти мощности для p – го

излучения на n – ом

интервале частоты

Расчёт Lсвji(fср(k),R)

Для уменьшения

объёма вычислений

параметр связи опре-

деляется на средней

частоте k - го КПП:

fср(k)=(fв(k)-fн(k))/2

Определение значения

ХЧИ соответствующего

каналу приёма с пара-

метрами η, q, t на n–

ом интервале частоты

Реализация оператора

суммы в выражении (2)

Мощность помехи (излу-

чения) в пределах k – го

КПП, выражение (2)

Рис.2.

Для проверки ЧК и определения частотных па-

раметров КПП необходимо решить задачу модели-

рования РЭС (рис.1). Частотно-ограниченная модель

РПД (ЧМ РПД) – это модель огибающей спектраль-

ной плотности мощности (СПМ) основного излуче-

ния (ОИ) с учётом внеполосных (ВИ) и побочных

излучений (ПИ) на гармониках, ограниченная на не-

котором заданном уровне линией X

зад

. На рис. 3.а

представлена графическая интерпретация огибаю-

щей СПМ W

(f,p) ОИ и ВИ (p=1) и ПИ на гармониках

до p

max

. Параметры частотной модели СПМ и её гра-

фический вид представлены на рис.3.б.

Рис.3.

Структура задач алгоритма моделирования ЧМ

РПД представлена на рис.4.

ЧМ РПД

Определение макси-

мального номера

гармоники побочного

излучения, который

учитывается при

моделировании

Расчёт pmax

p=1,pmax,1

Расчёт аПИ(р)

Моделирование Wj(f,p)

Расчёт fнi(р),fвi(p)

конец

Определение отно-

сительного уровня

p – го побочного

излучения

Моделирование оги-

бающей спектраль-

ной плотности мощ-

ности p – го

излучения

Определение гранич-

ных частот p - го

излучения

Рис.4.

Результат моделирования ЧМ РПД для j-го РПД

выглядит следующим образом:











≤≤

...1

),()(),,(

),(),(),(

тах

вjнjj

pffpfpfW

pfpfpf

(3)

Параметр p

max

учитывает те ПИ, относительный

уровень которых не ниже уровня Х

зад

ПИ

(p)>X

зад

Относительный уровень ПИ а

ПИ

(p)

определяется

из ТТХ РЭС, либо в соответствии с выражением:

,)log()( BpApa

ПИ

(4)

где A,B – среднестатистические коэффициенты, ха-

рактеризующие среднее значение относительного

уровня гармоники и определяются по методике [1].

При моделировании огибающей СПМ ОИ и ВИ

можно выделить два основных метода:

1. Кусочно-линейная аппроксимация ОИ и ВИ;

2. Линейная аппроксимация ОИ и полиноми-

альная для ВИ [2].

Недостатком второго метода является слож-

ность оценки погрешности из-за отсутствия экспе-

риментальных данных. Первый метод широко

предcтавлен в различных источниках [1, 2, 4 и др.]. В

[3] для реализации алгоритма ЧМ РПД предлагается

унифицированное выражение для всех излучений в

диапазоне частот, ограниченном параметром p

max

При этом огибающая СПМ ОИ и ВИ получается пу-

253

тём кусочно-линейной аппроксимации, а ПИ на гар-

мониках при помощи масштабирования огибающей

ОИ и ВИ по уровню и частоте, предложенного в [4].

Граничные частоты f

(p) и f

(p) определяются

на уровне X

зад.

Вариант

реализации алгоритма опре-

деления граничных частот предложен в [3].

Частотно-ограниченная модель РПМ (ЧМ РПМ)

– это модель огибающей ХЧИ основного канала при-

ёма (ОКП) с учётом соседних (СКП) и побочных

каналов приёма (ПКП), ограниченная на некотором

заданном уровне Х

зад

. На рис. 5.а представлена гра-

фическая интерпретация огибающей ХЧИ S

(f,η,q,t).

Параметры частотной модели ХЧИ и её графический

вид представлены на рис. 5.б.

Рис.5.

Структура алгоритма моделирования ЧМ РПМ

представлена на рис.6.

Рис.6.

Результат моделирования ЧМ РПМ для i – го

РПМ выглядит следующим образом:

...1,..1,1,1

),,,(),,(),,,,(

),,,(),,,(











==−=

≤≤

тахтах

вiнii

вiнi

ttqq

tqfftqftqfS

tqftqf

ηηη

ηη

(5)

Параметры q

max

и t

max

учитывают те ПКП ПРМ, для

которых уровень относительной избирательности по

ПКП меньше уровня заданной ограничительной ли-

нии X

зад

, дБ:

),,( tqb

ПК

зад

Значения

),,( tqb

ПК

находятся по выражению [1]:

),,(,2)/),,(log(2

),,(,1)/),,(log(1

),,(







RiiRii

ПК

ftqfJftqfI

tqb

ηη

(6)

где I1,I2,J1,J2 - среднестатистические коэффициен-

ты, характеризующие среднее значение относитель-

ного уровня ПКП и определяются по методике [1].

Моделирование огибающей ХЧИ ОКП и СКП

возможно применением тех же методов, что и для

огибающей СПМ ОИ и ВИ. В [4] предлагается ап-

проксимация ХЧИ по Баттерворту. Преимуществом

такого подхода является однозначность математиче-

ского представления и более простое программиро-

вание. Недостатком является сравнительно низкая

точность расчётов. В [3] предлагается унифициро-

ванное выражение ХЧИ для всех каналов приёма в

диапазоне частот, ограниченном параметрами q

max

. Огибающая ОКП и СКП получается путём ку-

сочно-линейной аппроксимации, а ПКП при помощи

масштабирования огибающей ОКП и СКП по уров-

ню и частоте. Граничные частоты f

нi

(η,q,t), f

вi

(η,q,t)

определяются на уровне X

зад

[3].

В соответствии со способом представления час-

тотно-ограниченных моделей РЭС выражение для

проверки ЧК выглядит следующим образом:

2/)),,()((),,()( tqBpBtqfpf

ijij

ηη

+≤−

(7)

На основе ЧК (7) возможна реализация алгорит-

ма определения частотных параметров КПП и иден-

тификация параметров p и η,q,t для тех излучений

РПД и каналов приёма РПМ, которые участвуют в

образовании КПП. При этом следует учесть различ-

ные варианты взаимного расположения СПМ p-го

излучения и ХЧИ ПКП, образованного параметрами

η,q,t относительно друг друга (см. рис. 7).

Рис.7.

Исходя из рис. 7, при выполнении ЧК (7) для

граничных частот КПП можно записать:







≥

))(),(),(())(()),(),(),((

))(),(),(()(()),((

)(

ktkqkfkpfktkqkf

ktkqkfkpfkpf

нiнjнi

нiнjнj

нji

ηη

(8)







≤

))(),(),(())(()),(),(),((

))(),(),(()(()),((

)(

ktkqkfkpfktkqkf

ktkqkfkpfkpf

вiвjвi

вiвjвj

вji

ηη

(9)

Выражения (7), (8) и 9) позволяют получить пара-

метры КПП для этапа ЭОП, см.(1), (2). Следует отме-

тить, что определить граничные частоты КПП можно, не

используя условие (7), однако при этом усложняются

выражения (8) и (9). Для решения выражений (8) и (9)

необходимо идентифицировать параметры p(k), η(k),

q(k), t(k), соответствующие k-му КПП, что можно вы-

полнить с помощью алгоритма (рис. 8).

254

p=1, q=1,

η=-1, t=1

ЧК

k=k+1

pk=p, qk=q,

tk=t, ηk=η

η=1

η=-1

Проверка ЧК и расчёт

параметров КПП

k=1

t=tmax

t=t+1

η=-1

q=qmax

q=q+1

η=-1, t=1

p=pmax

p=p+1

η=-1, t=1,

q=1

kmax=k

k=1,kmax,1

Расчёт fнi(k), fвi(k)

конец

Проверка ЧК (7)

Счётчик колличества

КПП

Формирование массива

параметров p, q, η, t

для которых выпол-

няется ЧК

Начальный индекс

массива, который будет

заполняться резуль-

татами проверки ЧК

(начальное значение

счётчика КПП)

Рис.8.

Для оценки нелинейных эффектов блокирования

и интермодуляции в РПМ используется нелинейная

модель (НМ) РПМ [4], рис.9.

Рис.9

МВЦ учитывает избирательные свойства ВЦ

РПМ для помех, опасных по нелинейным эффектам.

БНУ учитывает нелинейные свойства усилителя ра-

диочастоты ПРМ. ЛМ РПМ отражает модель одно-

сигнальной ХЧИ (см. рис.6). Для НМ РПМ необхо-

димо определить:











≤≤

бл

),(

ffffS

ВЦвiВЦнiВЦi

ВЦвiВЦнi

(10)

где

ВЦвВЦн

ff ,

– граничные частоты входной цепи, оп-

ределённые на уровне

зад

ВЦ

(f)–

ХЧИ входной

цепи (МВЦ); к

бл

– коэффициент блокирования.

Структура задач при моделировании НМ РПМ

заключается в моделировании огибающей ХЧИ ВЦ,

определении граничных частот и определении коэф-

фициента блокирования.

Энергетическая оценка помех на входе БНУ оп-

ределяется аналогично (1) и реализуется численным

методом (см. рис.2):

[

]

,)(),(),(

ДЗ(БЗ)'

dffSRfLpfWP

ВЦi

свjij

НЭ

−+=

∫

(11)

где f

НЭн

, f

НЭ

– нижнее и верхнее значения частот ка-

нала проникновения помехи на вход БНУ, опреде-

ляемые аналогично (8),(9).

при условии выполнения ЧК по блокированию (12).

Алгоритм вычисления (11) необходим для пред-

варительной проверки энергетического условия воз-

никновения эффекта блокирования и дальнейшего

определения степени блокирования по методике,

например, предложенной в [4]. Также выражение

(11) может быть использовано при оценке помех ин-

термодуляции на этапе комплексной оценки помех

(КОП) (см. рис.1).

В соответствии с определениями понятия бло-

кирования и интермодуляции в РПМ [1] и способом

представления моделей РЭС (3), (5), (10) можно за-

писать ЧК для отбора помех потенциально опасных

для возникновения нелинейных эффектов (блокиро-

вания или интермодуляции в РПМ):











+≤−

+≥−

,2/))(()(

,2/)),,()((),,()(

iВЦjRij

ijij

BpBfpf

tqBpBtqfpf

ηη

(12)

где

)1,1,1(ff

- частота настройки РПМ;

iВЦ

ши-

рина полосы частот МВЦ на уровне X

зад

Для проверки попадания продукта интермоду-

ляции в ОКП, СКП, либо ПКП необходима проверка

дополнительного ЧК:

),,,(),,(

tqfftqf

вinИМmнi

(13)

где

nИМm

- частота продукта интермодуляции m-го

порядка, образованная n мешающими сигналами.

В докладе рассмотрены вопросы создания алгорит-

мов частотного анализа и энергетической оценки помех,

основанные на частотно-ограниченных моделях РЭС. На

основе способа представления моделей РЭС предложен

алгоритм проверки ЧК и идентификации излучений и

каналов приёма, через которые они воздействуют на

РПМ, а также вычислительный алгоритм ЭОП.

Литература

1. Виноградов Е.М., Винокуров В.И., Харченко

И.П. Электромагнитная совместимость радиоэлек-

тронных средств. Л.: Судостроение, 1986.- 264 с.

2. Илюшко С.Г. Судовая радиосвязь. Анализ и

методика расчёта электромагнитной совместимости

в системах связи, радиолокации и телевидения:

Учебное пособие. – Петропавловск-Камчатский,

КамчатГТУ, 2007. – 105 с.

3. Масаль А.В. Моделирование радиоэлектрон-

ных средств для целей создания программного ком-

плекса анализа электромагнитной совместимости.

Научно-технические разработки в решении проблем

рыбопромыслового флота и подготовки кадров: Ма-

териалы десятой межвузовской НТК соискателей и

докторантов/Калининград: БГАРФ, 2011.

4. Грошев Г. А. Электромагнитная совместимость

в группировке радиоэлектронных средств: Учебное

пособие. – Калининград: БГАРФ, 2001. - 80 с.

255

QUESTIONS OF CREATION OF COMPUTING ALGORITHMS FOR

ANALYSIS OF EMC OF RADIOELECTRONIC MEANS

ASAL

USSIA

Baltic Fishing Fleet State Academy, e-mail: zf@bga.gazinter.net

In the paper the spectral method of the EMC analy-

sis, based on frequency - limited models of radioelec-

tronic means, from a position of model of the differential

contribution is considered. The basic attention is given to

pair estimation.

The general algorithm of the EMC analysis of ra-

dioelectronic means includes three stages:

1. Frequency analysis of interferences;

2. Spatial analysis of interferences;

3. Power estimation of interferences.

For total capacity of interferences from the j-th ra-

diotransmitter influencing through all k

max

channels of

penetration of the interference is possible to write down:

[

]

,))(),(),(,(

),())(,(

max

)(

ДЗ(БЗ)

dfktkqkfS

RfLkpfWP

свjijji

−

−+=

∑

∫

(1)

where

)(kf

вji

– bottom and top boundary

frequencies for the k - th channel of penetration of a in-

terference (

)()()( kfkfkВ

нв

−

– width of a strip of

frequencies for k-th of the channel of penetration of an

interference);

)(kp

–

p-th collateral radiation on a har-

monic appropriate for k-th of the channel of penetration

of an interference;

))(),(),(,( ktkqkfS

– the characteris-

tic frequency selectivities i-th of the radioreceiver in

limits for k-th of the channel of penetration an interfer-

ence;

)(),(),( ktkqk

– type of transformation, order of

the collateral channel of reception and number of a har-

monic heterodine, appropriate k-th of the channel of

penetration of an interference;

))(,( kpfW

– spectral

density of power j- th of the radiotransmitter in limits k -

th of the channel of penetration of a handicap;

),(

)(

RfL

БЗДЗ

свji

- parameter of communication between j-th

the radiotransmitter and i-th the radioreceiver for a dis-

tant zone, or near zone in limits k - th of the channel of

penetration of an interference;

)()( kffkf

вн

≤

The expression (1) is decided by a numerical

method. For the decision of expression (1) are used is

frequency - are limited models of radioelectronic means.

The model of the radiotransmitter is frequency - is lim-

ited is a model of bending around spectral density of

capacity of the basic radiation with the account outside

of basic and collateral radiations on harmonics limited

on some given level of a restrictive line Xзад. The result

of modeling j - th of the radiotransmitter looks as fol-

lows:











≤≤

...1

),()(),,(

),(),(),(

тах

вjнjj

pffpfpfW

pfpfpf

(2)

The boundary frequencies f

(p) and f

(p) are de-

fined at a level Xзад.

The model of the radioreceiver is frequency - lim-

ited model of the bending around characteristic fre-

quency selectivities of the basic channel of reception in

view of the adjustment and collateral channels of recep-

tion limited on some given level Xзад. The result of

modeling the i - th radioreceiver looks as follows:

...1,..1,1,1

),,,(),,(),,,,(

),,,(),,,(











==−=

≤≤

тахтах

вiнii

вiнi

ttqq

tqfftqftqfS

tqftqf

ηηη

ηη

(3)

The boundary frequencies f

нi

(η,q,t), f

вi

(η,q,t) are de-

fined at a level Xзад.

The expression for check frequency of criterion is

frequency - limited of models of radioelectronic means

(2), (3) looks as follows:

,2/)),,()((),,()( tqBpBtqfpf

ijij

ηη

+≤−

(4)

where

),,(),( tqBpB

–

width of frequencie

band of radiation and channel of reception formed in

parameters

q, t. By criterion (4) the realization of

algorithm for definition the frequency parameters of the

channel of penetration of interferences and identification

of parameters p and

, q, t for those radiations of the

radiotransmitter and channels of reception of the radio-

receiver, which participate in formation of the channel of

interference penetration.

Thus it is necessary to take into account variants of

a mutual arrangement of spectral density of power p-th

of radiation and characteristic frequency selectivities of

collateral channels of reception formed in the parame-

ters

, q, t, rather each other. At performance of fre-

quency criterion (4) for boundary frequencies of the

channel of penetration of an interference it is possible to

write down:







≥

))(),(),(())(()),(),(),((

))(),(),(()(()),((

)(

ktkqkfkpfktkqkf

ktkqkfkpfkpf

нiнjнi

нiнjнj

нji

ηη

(5)







≤

))(),(),(())(()),(),(),((

))(),(),(()(()),((

)(

ktkqkfkpfktkqkf

ktkqkfkpfkpf

вiвjвi

вiвjвj

вji

ηη

(6)

The expressions (5), (6) allow receiving parameters

of the channel of interference penetration necessary for a

stage power estimation of interferences (1).

256

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОЦЕНКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ

СОВМЕСТИМОСТИ РАДИОСВЯЗНЫХ СРЕДСТВ ПРИ ИХ

ФУНКЦИОНИРОВАНИИ В УСЛОВИЯХ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

МОРСКОГО БАЗИРОВАНИЯ

Д.

В.

АЗАРЕВ

ОССИЯ

ОАО «Центральный научно-исследовательский институт «Курс», e-mail: QSK@mail.ru

Аннотация. В докладе представлены основные положения аппроксимационной методики анализа

электромагнитной совместимости (ЭМС) при использовании радиосвязных средств,

функционирующих в условиях технических объектов морского базирования (ТОМБ), по критерию

ширины полос блокирования взаимными радиопомехами. Методика развита на основе смешанного

опытно-теоретического подхода. Методика аналитической оценки ЭМС радиосвязных средств в

диапазоне радиочастот 0,3÷400 МГц охватывает все, практически возможные, условия их

взаимодействия на ТОМБ. Методика позволяет уточнить электромагнитную обстановку на ТОМБ с

учётом влияния переизлучающих элементов и структур (верхнепалубные устройства). Предложенная

методика автоматизирована для выполнения с заданной точностью большого количества трудоёмких

расчётов вариантов размещения антенных устройств и анализа их характеристик в зависимости от

параметров их эксплуатации на ТОМБ.

Abstract. Main theses of approximation technique for an analysis of EMC by criterion of blocking

bandwidth caused by mutual radio interferences for radio communication equipment of Sea-Based Technical

Objects (SBTO) are presented in the paper. The technique is developed on the basis of an experimental-

theoretical approach. The technique of the analytical estimation for EMC of radio communication equipment

in 0,3…400 MHz frequency range covers all practically possible conditions of their interaction on SBTO,

and it allows to specify electromagnetic conditions on SBTO with the evaluating of influence of reradiating

elements and structures (main deck devices). The offered technique is automated for execution of a

considerable quantity and time-consuming accurate calculations of variants of placing of antennas and the

analysis of their dependences on their operation parameters in SBTO.

Сложность электромагнитной обстановки

(ЭМО), складывающейся при эксплуатации

технических объектов морского базирования

(ТОМБ), укомплектованных с большой плотностью

разнообразной радиоэлектронной аппаратурой,

препятствует совместному эффективному

функционированию их радиотехнических систем.

При этом ЭМО присущ зачастую вероятностный

характер за счёт множества источников радиопомех

и меняющихся условий эксплуатации. При этом

условия эксплуатации ТОМБ характеризуются

своими особенностями. Одна из них заключается в

наличии на ТОМБ разветвлённой верхнепалубной

архитектуры, состоящей из проводящих элементов,

искажающих нормированные характеристики

эксплуатируемых приёмных и передающих антенн и

образовании отдельного вида радиопомех,

создаваемых верхнепалубными устройствами (ВПУ)

ТОМБ, вносящими существенный вклад в общую

ЭМО. Задача обеспечения электромагнитной

совместимости (ЭМС) радиотехнических систем

(РТС) на ТОМБ напрямую зависит от качества

оценки складывающейся на них ЭМО, поддающейся

в той или иной мере прогнозированию.

К ТОМБ относятся разнообразные виды

технических объектов, такие как сложные

транспортные технические и технологические

системы морского базирования, морские суда

различных классов, морские корабли различного

назначения, нефтегазодобывающие буровые

платформы, мобильные гавани и т.д. Спецификой

ТОМБ является наличие большого количества

всевозможных радиоэлектронных средств (РЭС),

имеющих большие излучаемые мощности и

занимающих различные диапазоны радиочастот, при

этом его радиоприемные устройства имеют высокую

чувствительность, что налагает жёсткие ограничения

на допустимые уровни возможных радиопомех,

создаваемых, в том числе, соседствующими РЭС [1].

Всё это усложняет обеспечение совместной работы

РТС ТОМБ.

Одними из направлений совершенствования

методического аппарата по прогнозированию ЭМО

на ТОМБ является учёт влияния основных элементов

и структур, переизлучающих электромагнитные поля

его радиотехнических средств.

Таким образом, актуально создание доступной

научно-технической инженерной методики по

257

расчёту электромагнитного взаимовлияния

радиосвязных средств (РСС), расположенных на

ТОМБ, с целью обоснования технических решений

по обеспечению их электромагнитной

совместимости. При этом данная методика должна

основываться на экспериментальных данных

испытаний радиосвязных устройств, при их

эксплуатации на подвижных объектах морского

базирования. Также необходима автоматизация

методики для выполнения большого количества и с

заданной точностью трудоёмких расчётов различных

вариантов размещения антенных устройств и анализ

их зависимостей от различных параметров

эксплуатации.

Рис. 1. Зависимость уровня наводимых напряжений

от процента затенённости препятствиями между

взаимодействующими антеннами для различных

значений мощности радиопередающего устройства

На основе разработанной методики были

рассчитаны графические зависимости уровня

наведённого напряжения от различных параметров

при парном взаимодействии приёмного и

передающего устройства (рис. 1).

На основе разработанной методики оценки

электромагнитной совместимости РСС был

сформирован алгоритм функционирования её

программной реализации.

На рисунке 2 показан укрупнённый алгоритм

функционирования программы расчёта

электромагнитной совместимости РСС, в котором

можно выделить последовательность и основные

этапы расчёта.

В соответствии с сформированным алгоритмом

была разработана программа расчёта взаимного

влияния РСС при их совместном функционировании

на морских судах.

Внешний вид программы разработан таким

образом, что при вводе и формировании базы

данных параметров РЭС пользователь заполняет те

же графы, что и при заполнении Формы № 1

Государственного комитета по распределению

радиочастот. Наличие документов на РЭС любого

профиля по данной форме является обязательным

для всех РЭС, продаваемых, либо эксплуатируемых

на территории Российской Федерации. При этом

один раз введённые данные по РЭС в базу данных

сохраняются и в дальнейшем при необходимости

возможно их модифицировать или дополнять.

На рисунке 3 представлены результаты расчёта

данной программы по разработанному алгоритму

при парном взаимодействии приёмной и

передающей антенн РСС. На нём приводится

значения ширины полос блокирования взаимными

помехами при их совместном функционировании в

пределах морского судна в зависимости от

расстояния между ними.

Процесс образования контактных радиопомех

(КРП), образующихся в результате воздействия

мощных электромагнитных полей

радиопередатчиков на проводящие конструкции

ТОМБ, содержащие разъемные контактные

соединения (РКС) ВПУ, и переизлучения ими

существенного измененного по структуре

электромагнитного поля, приводит к усложнению

складывающейся ЭМО и необходимости

дополнительных организационно-технических

решений по уменьшению их влияния на радиоприём

и обеспечению ЭМС радиотехнических систем.

Формирование исходных

даных РЭС, их расположения

на ТОМБ

Расчёт наводимых

напряжений и полос

блокирования радиопомехами

Начало

Конец

Частотный анализ

взаимодействующих РЭС

Энергетический анализ

электромагнитных полей в

исследуемых точках

Обеспечивается

ЭМС РЭС?

нет

да

Рис. 2. Укрупнённая структура алгоритма

программной реализации методики расчёта ЭМС

РСС

Полосы частот, пораженных КРП, возникают не

только около основных и гармонических излучений

радиопередатчиков ТОМБ. В определенных

условиях, а именно при наличии коррозии в

258

соединениях элементов конструкций, когда они

приобретают нелинейные свойства, КРП поражаются

также частоты, образованные комбинациями частот,

одновременно работающих радиопередатчиков,

такие контактные помехи называются

интермодуляционными (ИКРП) [2]. Соответственно

увеличение мощности облучающего ЭМП

радиопередатчиков приводит не только к

повышению уровня КРП, но и к резкому

расширению суммарной полосы частот, занятой

КРП.

Рис. 3. Результаты расчёта зависимости ширины полосы

блокирования радиопомехами от расстояния между

взаимодействующими приёмной и передающей антеннами

На основе разработанных моделей КРП, а также

с учетом факторов, влияющих на характеристики

складывающейся ЭМО сформирована методика по

прогнозированию спектрально-энергетических

характеристик случайных КРП на ТОМБ с целью

уточнения ЭМО и обеспечения ЭМС РТС ТОМБ.

Эта методика учитывает электрофизические,

механические и технологические параметры РКС

ВПУ, уровень внешних механических и

коррозионных воздействий, а также геометрию

переизлучающей конструкции, пространственный

разнос между приемной и передающей антеннами,

их диаграммы направленности, а также наличие

разветвлённой архитектуры верхнепалубной

надстройки и наличие подстилающей морской

поверхности. Методика состоит из макроблоков,

осуществляющих расчёт электрических параметров,

расчёт электродинамических моделей, расчёт

механических режимов, содержит решающий блок

по оценке влияния КРП, а также обеспечивает

возможность оперативного изменения исходных

условий и анализа их влияния на характеристики

КРП за счёт построения вычислительных

макромоделей связи вход-выход.

Ширина «полосы забития» КРП и ИКРП (а,

следовательно, и величина частотной отстройки)

зависит от мощности излучения передатчиков,

режима скорости движения ТОМБ. При

эксплуатации ТОМБ необходимо найти

компромиссное решение между мощностью

излучения передатчиков и уровнем возникающих

КРП.

Совершенствование научно-методического

аппарата оценки ЭМО на ТОМБ, в части

прогнозирования спектрально-энергетических

характеристик КРП, направленно на повышение

качества разработки практических рекомендаций по

обеспечению ЭМС РТС ТОМБ. Разработанные

модели и методика позволяют проектанту и

эксплуатантам ТОМБ обоснованно на всех этапах

его жизненного цикла применять эффективные меры

по уменьшению влияния КРП при работе РЭС

ТОМБ.

На основе разработанных моделей и методики

прогнозирования сформирована структура и

алгоритм функционирования программной

реализации метода прогнозирования и управления

спектрально-энергетическими характеристиками

флуктуационных контактных радиопомех (рис. 4).

Структура разбита на функционально законченные

программные модули, реализующие расчет

механического режима, электродинамического

режима, электрических характеристик и модуль

расчета функций чувствительности флуктуационных

контактных радиопомех и построения их расчетных

макромоделей.

Модуль расчета

электродинамических

режимов

Модуль расчета

электрических характеристик

Модуль расчета механических

режимов

Модуль решения

Модуль расчета функций

чувствительности и

макромоделей

Начало

Конец

Рис. 4. Структурная схема состава и взаимосвязи блоков

программной реализации метода прогнозирования спектрально-

энергетических характеристик контактных радиопомех

Под расчетными макромоделями

флуктуационных КРП понимаются

аппроксимированные функции зависимости

(смешанные факторные макромодели связи вход-

выход) рассчитанных значений напряженности

флуктуационных контактных радиопомех от двух

переменных воздействующих факторов с

представлением ее в трехмерном виде.

Наличие блока расчета параметрических

функций чувствительности флуктуационных

радиопомех и построения их расчетных

макромоделей позволяет сравнивать различные

варианты возможных ситуаций, имеющих место в

моделируемой ситуации и выбирать наилучшее

259

техническое решение с точки зрения уменьшения

влияния флуктуационных КРП на радиоприём.

На основе разработанной и структуры

программной реализации метода прогнозирования

спектрально-энергетических характеристик

флуктуационных контактных радиопомех и

алгоритма ее функционирования разработана

программа расчета амплитудно-частотных (АЧХ) и

фазо-частотных (ФЧХ) характеристик линейных и

нелинейных флуктуационных контактных

радиопомех. Разработанная программа была внесена

в Реестр программ для ЭВМ, о чем имеется

свидетельство о государственной регистрации

программы для ЭВМ.

Рис. 5. Внешний вид программы расчета амплитудно-частотных

характеристик флуктуационных контактных радиопомех

Программа выполнена на языке C++ с учетом

принципов объектно-ориентированного

программирования и с использованием

определенных частных решений и практических

рекомендаций, которые позволили повысить

эффективность работы программы с точки зрения

затрат оперативной памяти ЭВМ и затрат машинного

времени, необходимых при ее функционировании.

На рисунке 5 представлен внешний вид

программы расчета, включающий отображение

амплитудно-частотных характеристик рассчитанных

флуктуационных КРП.

Программа имеет пошаговую систему расчёта,

что позволяет, оценивая промежуточные результаты

расчёта, вносить оперативные изменения в исходных

данных и контролировать функциональные

зависимости получаемых результатов.

Решение проблемы обеспечения

внутрисистемной ЭМС начинается с этапа

проектирования ТОМБ и построения его

радиотехнических систем, при разработке и подборе

соответствующих радиосредств с необходимыми

параметрами, и продолжается в течение всего его

жизненного цикла.

Автоматизация научно-методического аппарата

оценки ЭМО на ТОМБ, в части прогнозирования

спектрально-энергетических характеристик

флуктуационных линейных и нелинейных КРП,

направленно на повышение качества разработки

практических рекомендаций по обеспечению ЭМС

радиоэлектронных средств, отвечающих

современным требованиям, состоянию и тенденциям

их развития.

Разработанное программное обеспечение

позволяет проектанту и эксплуатантам ТОМБ

обоснованно на всех этапах его жизненного цикла

применять эффективные меры по уменьшению

влияния контактных радиопомех при работе

радиотехнический средств различного назначения.

Разработанная программно-алгоритмическая

реализация научно-технической методики по оценке

электромагнитной совместимости радиоэлектронных

средств связного профиля позволяет осуществлять

парную оценку электромагнитной совместимости

РСС при их расположении в пределах морского

судна с наглядным отображением результатов в виде

графиков по интересующим параметрам.

Разработанные научно-методические и

программно-алгоритмические основы

прогнозирования электромагнитной совместимости

радиоэлектронных средств связного профиля

позволяют уменьшить временные, финансовые и

материальные затраты при проектировании ТОМБ и

комплектования его радиотехническими система

радиосвязного профиля.

Литература

1. РД 31.64.26-00. Нормы и правила

обеспечения электромагнитной совместимости

(ЭМС) на морских подвижных объектах и методы

комплексной оценки ЭМС. – СПб: ЦНИИ МФ, 2000.

– 104 с.

2. Григорьев А.Г., Матисен А.И., Патрин В.С.

Защита радиоприема на судах от помех. – Л.:

Судостроение, 1973. – 208 с.

3. Вершков М.В. Судовые антенны. – С-Пб.:

ЦНИИ МФ, 2008. – 414 с.

4. Яковлев А.Ф. Использование элементов

надстроек корабля для улучшения характеристик

коаксиальной логопериодической антенны //

Судостроение, № 5 (744), 2002. – С. 31-34.

5. Грачев Н.Н., Лазарев Д.В.

Детерминированные и вероятностные модели

образования контактных радиопомех на подвижных

объектах радиосвязи // «Технологии

электромагнитной совместимости»: Научно-

технический журнал. – 2008, № 3 (26). – c. 9-23.

6. Коротковолновые антенны / Г.З.

Айзенберг, С.П. Белоусов, Э.М. Журбенко и др.; Под

ред. Г.З. Айзенберга. – М.: Радио и связь, 1985. – 536

с.

260

PERFECTION OF SCIENTIFICALLY-METHODICAL MAINTENANCE OF

THE ESTIMATION OF ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY OF

RADIOCOMMUNICATION MEANS AT THEIR FUNCTIONING IN THE

CONDITIONS OF MOBILE OBJECTS OF SEA BASING

AZAREV

USSIA

OJSC «Central scientific research institute «Kyrs», e-mail: QSK@mail.ru

Complexity of electromagnetic environment

(EME), developing at operation of technical objects of

sea basing (TOSB), completed with the big density

various radio-electronic equipment, interferes with joint

effective functioning of their radio engineering systems.

Thus EME likelihood character at the expense of set of

sources of a radio noise and changing service conditions

is inherent frequently. Thus service conditions TOSB are

characterized by the features. One of them consists

available on TOSB branched out main deck the

architecture consisting of spending elements, deforming

normalized characteristics of maintained reception both

transferring aerials and formation of a separate kind of

the radio noise created main deck by devices (MDD)

TOSB, bringing the essential contribution to the general

EME. The problem of maintenance of electromagnetic

compatibility (EMC) radio engineering systems (RES)

on ТОМБ directly depends on quality of an estimation

developing on them EME, giving in to some extent to

forecasting.

One of directions of perfection of the methodical

device on forecasting EME on TOSB is the account of

influence of basic elements and the structures reradiating

electromagnetic fields of its radio engineering means.

Thus, creation of an accessible scientific and

technical engineering technique by calculation of

electromagnetic interference of radio communication

means (RCM), located on TOSB, for the purpose of a

substantiation of technical decisions on maintenance of

their electromagnetic compatibility is actual. Thus given

technique should be based on experimental data of tests

of radio coherent devices, at their operation on mobile

objects of sea basing. Also automation of a technique is

necessary for performance of a considerable quantity and

with the set accuracy of labor-consuming calculations of

various variants of placing of scanners and the analysis

of their dependences on various parameters of operation.

On the basis of the developed technique of an

estimation of electromagnetic compatibility RCM the

algorithm of functioning of its program realization has

been generated.

According to the generated algorithm the program

of calculation of mutual influence RCM has been

developed at their joint functioning on sea-crafts.

On the basis of developed models contact of radio

interference (CRI), and also taking into account the

factors influencing the characteristics developing EME

the technique on forecasting of spectrum-power

characteristics casual CRI on TOSB for the purpose of

specification EME and maintenance EMC of RES TOSB

is generated. This technique considers electrophysical,

mechanical and technological parameters of

demountable contact connection (DCC) MDD, level

external mechanical and corrosive attacks, and also

geometry of a reradiating design, a spatial rating

between reception and transferring aerials, their

diagrams of an orientation, and also presence of the

branched out architecture main deck superstructures and

presence of a spreading sea surface.

Strips of the frequencies amazed CRI, arise not

only about the basic and harmonious radiations of radio

transmitters TOSB. In certain conditions, namely in the

presence of corrosion in connections of elements of

designs when they get nonlinear properties, CRI the

frequencies formed by combinations of frequencies are

surprised also, simultaneously working radio

transmitters, such contact interferences are called

intermodulation (ICRI). Accordingly the increase in

capacity irradiating electromagnetic fields (EMF) radio

transmitters results not only in increase of level CRI, but

also to sharp expansion of a total strip of the frequencies

occupied CRI.

Perfection of the scientifically-methodical device

of estimation EME on TOSB, regarding forecasting of

spectrum-power characteristics CRI, intend on

improvement of quality of working out of practical

recommendations about maintenance EMC of RES

TOSB. The developed models and a technique allow

designers and exploiters TOSB soundly at all stages of

its life cycle to apply effectual measures on reduction of

influence CRI at work of radio-electronic means (REM)

TOSB.

The solution of a problem of maintenance

intersystem EMC begins with design stage TOSB and

construction of its radio engineering systems, by

working out and selection of corresponding radio means

with necessary parameters, and proceeds during all its

life cycle.

The developed scientifically-methodical and

program-algorithmic bases of forecasting of

electromagnetic compatibility of RCM allow to reduce

time, financial and material expenses at designing TOSB

and acquisition by its radio engineering systems of a

radio communication profile.