Устройство одночастотного измерения полосы когерентности трансионосферного канала связи

Предлагаемая полезная модель относится к спутниковой навигации, а также может быть использована в системах мониторинга за состоянием параметров канала связи. Устройство позволяет определить полосу когерентности трансионосферного канала связи с помощью устройства измерения полного электронного содержания ионосферы, работающего на одной частоте. Достигаемым техническим результатом является определение полосы когерентности трансионосферного канала связи по результатам измерений полного электронного содержания ионосферы. П.ф-ы 1. Фиг.2.

Предлагаемая полезная модель относится к спутниковой навигации, а также может быть использована в системах мониторинга за состоянием параметров канала связи.

Как известно [Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн. - М.: Связь, 1971.-183 с.], ионосфера является неоднородной средой с изменяющимися параметрами, что оказывает существенное влияние на распространение радиоволн. Изменение параметров ионосферы объясняется воздействием на нее ряда факторов: солнечного излучения, влияния метеоров, землетрясений и т.д.

Одним из параметров ионосферы является ее полное электронное содержание (I). Так как ионосфера является неоднородной средой (с флуктуациями электронной концентрации относительно ее среднего значения), то значение полного электронного содержания ионосферы определяется как сумма среднего значения полного электронного содержания () и его флуктуации (I), определяемых среднеквадратическим отклонением (_I).

Одним из важнейших параметров канала связи, зависящих от величины флуктуации электронной концентрации, является полоса его частотной когерентности (F_к). Известно, что при нормальном состоянии ионосферы значение полосы частотной когерентности составляет десятки ГГц (на рабочих частотах спутниковых радионавигационных систем), а при возмущениях ионосферы полоса когерентности может сужаться до десятков кГц [Пашинцев В.П., Солчатов М.А., Спирин A.M., Катков К.А. Оценка погрешности измерения псевдодальности в спутниковых радионавигационных системах при возмущениях ионосферы в слое F II Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2007 - Том 10 - 6 - с.8-13.]. Установлено, что полоса частотной когерентности трансионосферного канала связи обратно пропорционально зависит от среднеквадратического отклонения флуктуации полного электронного содержания ионосферы [Маслов О.Н., Пашинцев В.П. Модели трансионосферных радиоканалов и помехоустойчивость систем космической связи. / Приложение к журналу "Инфокоммуникационные технологии". Выпуск 4. - Самара: ПГАТИ, 2006. - 357 с.]. Выражение для расчета полосы когерентности трансионосферного канала связи имеет вид:

f₁ - несущая частота [Гц];

с - скорость света [м/с];

_I - среднеквадратическое отклонение флуктуации полного электронного содержания ионосферы [эл/м²];

80,8 - постоянный коэффициент [м³/с²].

Известно устройство измерения полного электронного содержания ионосферы (фигура 1) [Галушко Ю.И., Пашинцев В.П., Спирин A.M. Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации. Патент на полезную модель 76462 от 20.09.2008 г.]. Принцип работы данного устройства заключается в следующем: антенна (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые навигационными спутниками. С выхода антенны (1) напряжение u_вх(t) поступает на вход радиочастотного блока (2), предназначенного для усиления и селекции принятых сигналов, а также понижения несущей частоты. С выхода радиочастотного блока на вход аналого-цифрового процессора (4) поступает вектор цифровых сигналов у_j(t), состоящий из сигналов каждого из n видимых навигационных спутников. Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4) и блока вычисления полного электронного содержания (5). Аналого-цифровой процессор первичной обработки (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала, а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 50 Гц (периодом 0,02 с). С выхода аналого-цифрового процессора (4) на вход блока вычисления полного электронного содержания (5) поступают фазовые (t_ф) и кодовые (t _к) оценки времени распространения сигнала с периодом 0,02 с. В блоке (5) происходит вычисление полного электронного содержания с интервалом 0,02 секунд. Значение полного электронного содержания отображается в устройстве вывода информации (6).

Недостатком данного устройства, на наш взгляд, является то, что устройство производит измерение параметров ионосферы , но не позволяет определить полосу частотной когерентности канала связи (F_к).

Целью данной полезной модели является разработка устройства позволяющего по результатам измерений полного электронного содержания ионосферы определять полосу когерентности трансионосферного канала связи.

Предлагаемое устройство (фигура 2) реализовано на базе устройства измерения полного электронного содержания ионосферы [Галушко Ю.И., Пашинцев В.П., Спирин A.M. Устройство измерения полного электронного содержания ионосферы при одночастотном режиме работы систем спутниковой радионавигации. Патент на полезную модель 76462 от 20.09.2008 г.]. Принцип работы данного устройства заключается в следующем: антенна (1) принимает электромагнитные колебания, излучаемые навигационными спутниками.

С выхода антенны (1) напряжение u_вх(t) поступает на вход радиочастотного блока (2), предназначенного для усиления и селекции принятых сигналов, а также понижения несущей частоты. С выхода радиочастотного блока на вход аналого-цифрового процессора (4) поступает вектор цифровых сигналов у_j(t), состоящий из сигналов каждого из n видимых навигационных спутников. Синтезатор частот (3) формирует набор гармонических колебаний, необходимых для работы радиочастотного блока (2), аналого-цифрового процессора (4), блока вычисления полного электронного содержания (5) и вычислителя полосы когерентности (7). Аналого-цифровой процессор первичной обработки (4) производит поиск и слежение за параметрами сигнала, а также выделяет навигационное сообщение, передаваемое с частотой 50 Гц (периодом 0,02 с). С выхода аналого-цифрового процессора (4) на вход блока вычисления полного электронного содержания (5) поступают фазовые (t_ф) и кодовые (t_к ) оценки времени распространения сигнала с периодом 0,02 с. В блоке (5) производится вычисление полного электронного содержания ионосферы с шагом 0,02 с. Далее оценки полного электронного содержания (I) поступают на вход вычислителя среднеквадратического отклонения полного электронного содержания (6), где происходят операции центрирования, возведения в квадрат, усреднения и извлечения квадратного корня [Смирнов Н.Н., Федосов В.П., Цветков Ф.В. Измерение характеристик случайных процессов / Под. ред. В.П.Федосова: Учеб. пособие для вузов. - М.: САЙНС-ПРЕСС, 2004. - 64 с.]. Далее значения среднеквадратического отклонения полного электронного содержания поступают на вход вычислителя полосы частотной когерентности канала связи (7), где происходит вычисление F_к в соответствии с выражением (1). На второй вход вычислителя полосы когерентности (7) от синтезатора частот (3) поступает значение несущей частоты (f₁). Рассчитанное значение полосы когерентности (F_к) отображается в устройстве вывода информации (8).

Использование разработанного устройства позволяет оперативно определять полосу когерентности трансионосферного канала связи по результатам измерений параметров ионосферы (полного электронного содержания и его среднеквадратического отклонения).

Устройство измерения полосы когерентности трансионосферного канала связи при одночастотных измерениях включает в себя приемную антенну (1), соединенную со входом радиочастотного блока (2), радиочастотный блок соединен с выходом синтезатора частот (3) и со входом аналого-цифрового процессора (4), вычислитель полного электронного содержания (5), соединенный с выходом синтезатора частот и с выходом аналого-цифрового процессора, отличающееся тем, что в устройство введены блок измерения среднеквадратического отклонения флуктуации полного электронного содержания ионосферы (6), соединенный с выходом вычислителя полного электронного содержания, блок вычисления полосы частотной когерентности трансионосферного канала связи (7), соединенный с выходом синтезатора частот и выходом блока измерения среднеквадратического отклонения флуктуации полного электронного содержания, выход блока вычисления полосы частотной когерентности соединен со входом устройства вывода информации (8).