НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ им. Р.Е. АлексееваКафедра Техники радиосвязи и телевидения
Реферат
на тему:«Надёжность связи на трассе Земля-воздух-Земля»
Выполнил:студент гр.06-РРТ
КостюнинИ.С.
Проверил:
КейстовичА.В.
Нижний Новгород 2011
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ И СТРУКТУРЕАВИАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
1. Авиационнаяэлектросвязь гражданской авиации Российской Федерации делится на следующиевиды:
а) фиксированная;
б) подвижная;
в) радиовещание.
2. Авиационнаяфиксированная электросвязь организуется для:
— обеспечениявзаимодействия центров (пунктов) управления
— воздушным движением;
— обеспечениявзаимодействия служб авиапредприятий ГА (предприятий по ИВП и УВД) в процессеосуществления производственной деятельности;
— обеспечениядеятельности производственно-диспетчерских;
— служб иадминистративно управленческого персонала ГА;
— передачиметеорологической и полетной информации;
— обеспечениямеждународных полетов воздушных судов ГА;
— обеспечениявзаимодействия с органами ВВС;
— передачи данных;
3. Авиационнаяподвижная электросвязь организуется для:
— непосредственноговедения диспетчерами центров (пунктов) УВД радиотелефонной связи с экипажамивоздушных судов и передачи данных на протяжении всего полета от начала рулениядо посадки и окончания руления;
— ведения центрами(пунктами) УВД радиотелефонной и радиотелеграфной связи с экипажами воздушныхсудов, находящихся в полете, в т.ч. с помощью радиооператоров;
— ведения центрами(пунктами) УВД, аварийно-спасательными службами связи с экипажами воздушныхсудов, терпящих или потерпевших бедствие.
4. Авиационноерадиовещание организуется для:
— информированияэкипажей воздушных судов, находящихся в полете, при оперативномполетно-информационном обслуживании (АФИС);
— автоматическойпередачи информации в районе аэродрома (АТИС);
— автоматическойпередачи метеоинформации для экипажей воздушных судов, находящихся на маршруте(ВОЛМЕТ).
5. Общие требования поорганизации работы авиационной электросвязи.
5.1 Время (часы) работыорганов авиационной электросвязи (станций авиационной электросвязи)определяется руководителями авиапредприятий (предприятий по ИВП и УВД),организаций.
В сборниках аэронавигационнойинформации полетов должно быть указано в графе «Время работы» – к/с,п/п, по зак. (обычный установившийся режим работы).
Если время работыоргана (станции) авиационной электросвязи изменяется от установившегося режимав связи с проведением регламентных, испытательных работ, замены аппаратуры, сизменением времени работы (режима работы) аэропорта, то в Сборник аэронавигационнойинформации вносятся изменения в установленном порядке и, не позднее, чем за 1неделю до начала действия, изменения времени работы, рассылаются извещения(НОТАМЫ).
5.2 Каждая станцияавиационной электросвязи должна осуществлять свою работу в соответствии справилами, изложенными в настоящем руководстве.
5.3 В тех случаях,когда:
— отдельные нарушенияправил не являются серьезными, они должны устраняться с помощьюнепосредственных контактов между заинтересованными сторонами путем перепискиили личных контактов;
— станция допускаетсерьезные или неоднократные нарушения, то обнаруживший их полномочный орган,делает представление по этому поводу соответствующему полномочному органу,которому принадлежит данная станция.
Аналогичные действияпроизводятся и в случае, если одна из станций связи является зарубежной.
5.4 Все станции авиационной электросвязи ГА при передачесообщений адресату в пределах Государства и зарубежным адресатам должныиспользовать всемирное координированное время.
Концом суток считается полночь, т.е. 24.00, а началом – 00.00.
В качестве исключениядопускается в локальных сетях электросвязи при передаче сообщений адресатуиспользовать местное время.
НАДЁЖНОСТЬ АВИАЦИОННОЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ
авиационнаяэлектросвязь радиотехнический сообщение
Надежность– свойство средства сохранять во времени в установленных пределах значения всехпараметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданныхрежимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонтов, хранения итранспортирования.
Согласно РРТОП ТЭ 99надёжность радиосвязи в авиации определяется следующими показателями:
1.1 Качествофункционирования средств РТОП и связи определяется совокупностью его свойств,характеризующих способность средств выполнять определенные функции всоответствии с его назначением. Одним из свойств средств, определяющихбезопасность воздушного движения, является надежность.
1.2 Надежностьфункционирования наземных средств РТОП и связи – комплексное свойство, включающеебезотказность, ремонтопригодность, долговечность и сохраняемость иопределяется:
— схемно-конструктивнымвыполнением, качеством применяемых комплектующих элементов;
— степеньюавтоматизации, резервированием;
— надежностьюэлектроснабжения, линий связи и управления;
— организациейтехнической эксплуатации, качеством технического обслуживания и ремонта,профессиональной подготовкой и дисциплиной инженерно-технического персонала;
— условиямиэксплуатации: электромагнитной обстановкой, климатическими и метеорологическимифакторами, ионосферными явлениями непрохождение радиоволн и т. п.;
— условиямитранспортировки и хранения.
1.3Безотказность средств РТОП и связи характеризуется средней наработкой на отказ(повреждение).
/>Безотказностьсредств РТОП и связи характеризуется средней наработкой на отказ (повреждение).Наработка на отказ (повреждение) определяется по формуле:
Т0=Тсуммn
гдеТ0– средняя наработка на отказ (повреждение), ч;
Тсумм– суммарная наработка средства (группы однотипных средств) за определенныйпериод, ч;
n– число отказов (повреждений) средства (группы однотипных средств) за этот жепериод (n=1,2,3…).
1.4 Ремонтопригодностьсредств РТОП и связи характеризуется средним временем восстановления егоработоспособности.
ТЕ=ТЕсуммn
гдеТЕ – среднее время восстановления работоспособности средств;
ТЕсумм – суммарное время восстановления работоспособности средства (группыоднотипных средств) за отчетный период,
Время восстановленияработоспособности средства РТОП и связи включает время, затраченное на поискпричины отказа (повреждения) и устранения последствий отказа (повреждения).Организационные задержки при восстановлении работоспособности средствучитываются отдельно (например, время на доставку недостающих элементов,узлов).
1.5 Показателинадежности средств РТОП и связи определяются исходя из требований кбезопасности полетов, закладываются при их разработке, производстве иподдерживаются в процессе эксплуатации.
1.6 Долговечностьсредства характеризуется наработкой (ресурсом) и календарной продолжительностиэксплуатации (сроком службы) от начала эксплуатации, или ее возобновления послеремонта, до списания.
Показателидолговечности приводятся в формуляре (паспорте) средства и могут уточняться наоснове опыта эксплуатации.
1.7 Время включения,выключения, продолжительность работы средств РТОП и связи должны точноучитываться.
Учет наработки ведетсяс момента установки элемента управления электроснабжения средства в положение«Включено».
Учет наработки ведется:
— для средств,оборудованных счетчиками – по показанию счетчика;
— для средств, имеющихнагруженный или облегченный резерв (предусмотренный предприятием-изготовителем)– по показанию счетчика средства, имеющего наибольшую наработку (основного илирезервного);
— для средств, имеющихненагруженный резерв (предусмотренный предприятием-изготовителем) – посчетчикам, показания которых суммируются.
1.8 В процессеэксплуатации показатели безотказности, ремонтопригодности и долговечностисредств РТОП и связи должны оцениваться по результатам анализа статистическихданных по отказам и повреждениям, а также причин их появления.
1.9 Учет и анализотказов и повреждений средств РТОП и связи производится в целях:
— оценки надежностисерийных средств по результатам их эксплуатации;
— анализа причинвозникновения отказов и повреждений, разработки и реализации предложений имероприятий, направленных на повышение надежности серийно изготавливаемых ивновь разрабатываемых средств РТОП и связи;
— оптимизации объемов ипериодичности ТО и ремонта;
— совершенствованияэксплуатационной и ремонтной документации;
— оптимизации состава инорм расхода ЗИП;
-обоснованиятехнических ресурсов (сроков службы) эксплуатируемых средств РТОП и связи.
1.10 Все отказы иповреждения, их причины и время восстановления работоспособности средств должныучитываться в формулярах и паспортах на средства РТОП и связи.
1.11 Для анализапоказателей безотказности средств РТОП и связи в течение срока службы ежегоднозаполняется карта накопитель отказов и повреждения средства.
2.Резервирование средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационнойэлектросвязи
2.1 Обеспечениедопустимого времени перерыва в работе средств РТОП и связи, исходя изтребований безопасности полетов, достигается
Средства радиолокации,радионавигации и радиосвязи районных и аэроузловых АС УВД, радиоретрансляторыканалов авиационной воздушной связи диапазона ОВЧ должны иметь 100%-й резерв.
2.2Каждый канал авиационной воздушной связи диапазона ОВЧ, за исключением каналаметео, должен иметь основной и резервный комплект приемного и передающегоустройств (либо приемопередающего устройства) с антенно-фидерной системой.Канал метео должен быть обеспечен основным и резервным комплектами передающегоустройства с антенно-фидерной системой. Возможно применение скользящегорезервирования. На каналах КРУГА, СТАРТА и ПОСАДКИ для одного из комплектовсредств радиосвязи должно быть предусмотрено аварийное электроснабжениепродолжительностью не менее 2 ч от химических источников тока.
2.3Для других каналов авиационной электросвязи, кроме указанных в п. 2.2количество резервного оборудования (радиостанции, радиопередатчики,радиоприемники, телеграфные аппараты и др.) определяется по формуле
/>
гдеКрез – количество резервных средств;
КДКС– количество действующих каналов связи.
Результатрасчета округляется до целого числа в сторону увеличения.
2.4 Резервныерадиостанции (резервные средства других радиоизлучающих устройств) должны бытьпостоянно настроены на частоты работающих (основных) средств.
2.5 Многоканальныемагнитофоны для целей документирования при круглосуточной работе предприятия ГАрезервируются из расчета один магнитофон на магнитофонную.
2.6 При использованиисредств РТОП связи рекомендуется планирование равномерной наработки основных ирезервных средств.
КАЧЕСТВО ПЕРЕДАЧИСООБЩЕНИЙ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ
Для передачи речевыхсообщений используются способы непосредственной передачи речевого сообщения,параметрические и фонемные способы.
Непосредственнаяпередача речевого процесса может осуществляться по аналоговым, импульсным илицифровым каналам связи. При этом в аналоговых каналах сигналом являетсягармоническое колебание, один из параметров которого (амплитуда, частота илифаза) изменяется в соответствии с законом изменения речевого процесса. Вимпульсных каналах связи по тому же закону изменяются параметры импульсныхсигналов (амплитуда, длительность или время появления). В цифровых каналахсвязи непрерывное речевое сообщение передается с помощью цифровых сигналов,принцип формирования которых был отмечен ранее. Требования, предъявляемые ккачеству передачи речевых сообщений, рассмотрим вне зависимости от вида каналасвязи и способа передачи сообщений.
Качество передачиречевой информации оценивается разборчивостью речи и ее понятностью. Различаютразборчивость звуков (W), слогов (S), слов (D) и фраз (Ф). Количественнойхарактеристикой разборчивости речи является отношение
P=nN, (3.100)
где n – количество правильнопринятых элементов речи;
N – общее количествопереданных элементов.
Наиболеераспространенным методом измерения разборчивости при испытании тракта приемаявляется метод артикуляции. Различают звуковую, слоговую, словесную и фразовуюартикуляции, при определении которых пользуются специальным стандартным наборомречевых материалов. Звуковая и слоговая артикуляции называются разборчивостью речи,словесная и фразовая – понятностью. Чаще определяют слоговую разборчивость, т.е. разборчивость звукосочетаний, не имеющих смыслового значения, формируемых поопределенным правилам.
Для получениядостоверных результатов объем выборки определяется в соответствии с положениямитеории вероятностей. Процент правильно принятых слогов называется коэффициентомслоговой разборчивости S и используется в качестве критерия качества передачипо телефонному каналу.
/>
Между разборчивостьюзвуков W, слогов S, слов D и фраз Ф существует однозначная функциональнаязависимость, что позволяет зная один из коэффициентов разборчивости, напримерS, найти любой другой, используя табулированные зависимости. Зависимостьразборчивости слогов Sот разборчивости слов D показана на рисунке.
Нормированные показателидопустимых значений артикуляционных искажений, в соответствии со шкалой оценкикачества восприятия речевых сообщений и принятой в качестве нормативной в электросвязиГА (ГОСТ 16600), приведены в таблице.
/>
ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИККАНАЛА НА КАЧЕСТВО
ПЕРЕДАЧИ РЕЧЕВЫХСООБЩЕНИЙ
Искажение речевыхсообщений в каналах связи возникает под воздействием факторов, способныхвызвать искажение их спектрального состава. Такими факторами могут бытьчастотные и нелинейные искажения и помехи, в системах с однополосной модуляцией– погрешность восстановления несущей. При нелинейных искажениях в спектреречевого сигнала появляются высшие гармоники. При частотных искажениях могут бытьослаблены спектральные составляющие, типичные для данного звука, и усиленысоставляющие, характерные для другого звука. Действие шумов и помех проявляетсяв искажении спектров речи в принятой смеси полезных и мешающих сигналов.
Основнымихарактеристиками канала связи являются амплитудная, амплитудно-частотная (АЧХ)и фазочастотная (ФЧХ) характеристики.
/>
Рассмотрим их влияниена качество передачи речевых сообщений.
Органы слуха человека нереагируют на фазу колебаний, поэтому ограничения на ФЧХ телефонного каналасвязи не накладываются.
От амплитудно-частотнойхарактеристики канала связи зависит разборчивость речи.
Зависимость слоговойразборчивости от частоты срезов фильтров, определяющих полосу частотпропускания канала связи показана на рисунке. Кривая 1 иллюстрирует зависимостьслоговой разборчивости от значения частоты среза фильтра нижних частот (ФНЧ),пропускающего все частоты спектра сигнала ниже частоты среза. Кривая 2характеризует аналогичную зависимость от значения частоты среза фильтра верхнихчастот (ФВЧ), пропускающего частоты спектра сигнала выше частоты среза. Изграфика видно, что наибольший вклад в разборчивость речи обеспечивает полосачастот спектра сигнала от 300 до 3000 Гц.
При расширении полосыпропускания ниже 300 Гц и выше 3000 Гц разборчивость увеличиваетсянезначительно. Для обеспечения качественной телефонной связи принят стандарт нателефонный канал связи, согласно которому рекомендуется передавать составляющиеспектра сигнала, расположенные в полосе частот 300...3400 Гц.
Разборчивость речизависит от вида амплитудной характеристики канала связи [19]. Зависимостьразборчивости звуков W от порога ограничения «g» снизу (кривая 1) и сверху(кривая 2) показана на рисунке. Из кривой 1 видно, что даже небольшоеограничение в системе связи речевого процесса снизу вызывает резкое падениеразборчивости, так как при таком ограничении теряются слабые звуки.
/>
Поэтому ограничениеснизу недопустимо и амплитудная характеристика телефонного канала связи вобласти значений сигналов, близких к нулю, должна быть линейной. Из анализакривой 2 следует, что ограничение речевого процесса сверху мало сказывается наего разборчивости. Даже при предельном ограничении сверху (g = 0), когда речевойпроцесс преобразуется в последовательность прямоугольных импульсов,разборчивость речи составляет W = 80%.
АНАЛИЗНАДЁЖНОСТИ
Приобмене данными между воздушными судами, находящимися в пределах прямой(оптической) видимости, в некоторых случаях наблюдается потеря связи. Радиосигналыв каналах «воздух-земля» и «воздух-воздух» для маловысотных абонентовпри полетах воздушных судов надхолмистыми и низкогорными районами имеютмноголучевое распространении и частотно-селективные замирания при взаимномперемещении приемного и передающего устройств радиостанций. Это приводит кразличным условиям распространения, обусловленным влиянием:
- зеркальногоотражения от гладкой поверхности;
- диффузногоотражения от грубо-шероховатой поверхности;
- дифракциина препятствиях (холмах, низкогорных вершинах и высотных металлическихобъектов).
Количествовозможных комбинаций нежелательных для связи явлений при движении абонентовнастолько велико, что приемлемое математическое решение этой задачи являетсяслишком сложным для практического использования. Поэтому для получения оценкипараметров канала связи обычно рекомендуют совместное использованиеаналитических и экспериментальных методов. Основное требование при этом – получитьв реальном масштабе времени данные измерений, из которых можно было бы извлечьнадежные статистические результаты.
Этотметод предсказания значений потерь распространения является действеннымсредством, позволяющим получить результаты, более близкие к реальным. Потеримощности принимаемого сигнала из-за влияния отражений радиоволн от земнойповерхности можно пояснить следующим образом. Учитывая, что дальность связи вомного раз меньше радиуса Земли (R3» Dce),поверхностьЗемли в радиусе действия радиостанции можно считать плоской [1]. Тогдаизлучаемая передающим устройством энергия попадает на приемную антенну двумяпутями: прямым и после отражения от земной поверхности.
Коэффициентотражения высокочастотного сигнала от Земли представляет собой комплекснуювеличину r=rejΨ.
Действительнаячасть выражения – rописываетамплитуду, а аргумент Ψ учитывает фазовый сдвиг при отражении. Еслиугол Ψ10°, то можно записать
ΔR=2Н1sinΨ≈2Н1(Н1+Н2)\ Dce
гдеН1и Н2 – высоты подъема первой и второйантенны соответственно.
Разностьфаз Ψ прямого и отраженного сигнала состоит из суммы двух величин
Ψ= θ + γ,
гдеΨ — изменение фазы при отражении сигнала от Земли, γ – набегфазы из-за разности расстояний до приемной антенны.
Результирующаядвух сигналов с единичной амплитудой и разностью фаз Ψ равна [2(1+ cosΨ)]1\2.Поэтому отношение мощности, попадающей на приемную антенну радиостанции, кмощности, которая бы попала на нее при нахождении антенны в свободномпространстве, будет равно:
Ge=4sin22πН1(Н1+Н2)\ Dceλ
Международнаяорганизация гражданской авиации ICAOрегламентирует ряд режимов VDL(VHF DataLink) систем передачи данных в ОВЧрадиодиапазоне, в которых предлагаются использовать все увеличивающиесяэлектрические скорости манипуляций. Если в режимах ACARSи VDL-1 скорость передачи данныхсоставляет 2400 бод, то в VDL-2и VDL-3-31500 бoд. Увеличениеэлектрических скоростей в радиоканале подвижной воздушной связи при нахожденииодного из воздушных судов на малой высоте ограничивается наличием отраженногоот поверхности Земли задержанного луча.
/>
Рисунок1
Геометрическиеконфигурации относительного расположения бортовых станций канала«воздух-воздух» (воздушных судов) представлена на рис. 1, гдеразность хода лучей ΔLопределяетсякак
ΔL=Lb-L = 2H/sina-2H/tga = 2Н(1-cosa)/sina
Таккак (1-cosa)/sina≤1,то ΔL≤2Н(равенствопри а= 90°). Задержка отраженного сигнала τ = ΔL/c,гдес – скорость света. Величина τ ограничена сверху τ ≤2Н/с (вертикальным отражением от земли). С уменьшением а уменьшаетсяи относительная задержка τ.
Разностьхода лучей ΔLвзависимости от расстояния Lмеждувоздушными судами и высоты полета Н:
ΔLдопустимая=2((L\2)2+H2)1\2-L≤τдопустимая*с,
чтодаёт ограничение на расстояние Lмежду воздушными судами
L≥(H2-H2порога)\Нпорога,где Нпорога = τдопустимая*с\2
Такимобразом, сечение воздушного пространства, отвечающего требованиям допустимыхзадержек, ограничивается частью парабол (3), которые пересекаются на высоте Нпорога(4) (рис. 2).
/>
Рисунок2. – Разрешенная/запрещенная зоны взаимного расположения
равновысотныхвоздушных судов
Нарис. 3 представлены размеры границ разрешенной/запрещенной зоны в симметричныхусловиях (рис. 2) для τдопустшюя/Т = 0.3, 0.4, 0.5, 0.6при 1/Т= 10500 бод (см. таблицу 1).
Таблица 1
τдопустшюя/Т 0.6 0.5 0.4 0.3
Нпорога(км) 4.3 5.7 7.1 8.6
/>
Рисунок3. – Границы зон связи при задержках отраженного от Земли
лучана τ = 0.3, 0.4, 0.5, 0.6 Т для систем VDL-2и 3 (D8PSK)
М-позиционныеманипуляции фазы определяют mвариантов символов, каждому из которых приписывается одно из значений фазы п2π/m,гдеп=0÷ т-1. Каждый символ (или межсимвольный переход вдифференциальной PSK) несетинформацию о (log2m) битах.Как правило, выбирается число т как степень двойки m= 2i для того, чтобыодна манипуляция несла информацию о целочисленном количестве бит.
Относительнаязадержка лучей τ вызывает наложение i-гои (i+1)-госимволов друг на друга (рис. 4), где φ(i)и φ(i+1)– соответствующиеинформационные дискретные значения фазы символов, а Т – длительностьсимвола.
/>
Рисунок4. – Наложение i-го и (i+l)-гoсимволовпри относительной
задержке лучей τ.
/>
Рисунок5
Нарис. 5 и рис. 6 представлены вычисленные зависимости для 8-и позиционнойфазовой модуляции для синфазного сложения каналов ΔΨ=0 и для ΔΨ=±π/2.
/>
Рисунок6. – Вероятность ошибки приема символа в зависимости от
соотношениясигнал/шум при нескольких задержках отраженного луча
(т/Т)исинфазном высокочастотном сложении лучей (ΔΨ = 0).
Списоклитературы
1. Силяков В.А., Красюк В.Н. Системы авиационной радиосвязи. – 2004.
2. Руководство по авиационной электросвязи (PC ГА-99), – М., 1999.
3. Ермишин А.А., Кейстович А.В. Влияниезадержки отражённого луча при передаче данных по МВ каналу воздух-воздух смодуляцией D8PSK.– 2011.