Методы контроля ЭМС РЭС

Текущий контроль за использованием РЧС в РФ возложен на радиочастотные службы Национальной Администрации связи, Министерств обороны и внутренних дел, ФСО и ФА воздушного транспорта. Задачей органов радиоконтроля (РК) [1.13] является обеспечение рационального управления выделенными РСЛ частотными ресурсами, в том числе решение проблем, связанных с обеспечением ЭМС РЭС.

Система контроля РЧС состоит из подсистемы РК диапазонов частот ниже 30 МГц; подсистем РК диапазонов выше 30 МГц и подсистемы РК за использованием орбитально-частотного космического ресурса. В процессе РК порядок взаимодействия перечисленных радиочастотных служб определяется по соглашениям между ними.

Цели РК: выявление не разрешенных к использованию РЭС и ВКЧ устройств с последующим прекращением их работы; выявление источников радиопомех; выявление нарушений порядка и правил использования РЧС, национальных стандартов, требований к параметрам ЭМС для РЭС (РПД и РПУ); обеспечение ЭМС РЭС и ВКЧ устройств; обеспечение эксплуатационной готовности РЧС.

В текущей деятельности органы РК организуют и проводят следующие мероприятия:

- эфирные» измерения параметров излучения РЭС и ВКЧ устройств (напряженность поля; отклонения несущей частоты от номинала; уровни основного, побочного и внеполосного излучений; форма ДН передающей антенны и др.), влияющих на ЭМС с другими РЭС;

- измерения в трактах РПД параметров ЭМС РЭС,

- определение местоположения РЭС, ВКЧ устройств и иных ТС;

- запись сигналов контролируемых РЭС и ВКЧ устройств;

- определение зон уверенного приема сигналов РЭС;

- оценка степени занятости (загрузки) участков РЧС сигналами РЭС;

- проверка выполнения временных запретов (ограничений) на использование РЭС пользователями РЧС;

- выявление (поиск и определение местоположения) источников радиопомех;

- оценка условий обеспечения ЭМС РЭС и ВКЧ устройств разных РСЛ;

- измерение, определяемые процедурой международно-правовой защиты присвоения (назначения) радиочастот (частотных каналов);

- предоставление в органы государственного надзора за деятельностью в области связи сведений о выявленных нарушениях в использовании РЧС владельцами РЭС, ВКЧ устройств и иных ТС.

Национальной Администрации связи подконтрольны все РЭС гражданского назначения РФ, за исключением принадлежащих вышеперечисленным министерствам и ведомствам. Из них порядка 20% – РЭС централизованного назначения (мощные связные и вещательные РПД: для ВЧ радиосвязи, радиовещания в диапазонах НЧ; СЧ; ВЧ и ОВЧ, телевизионного вещания на ОВЧ и УВЧ; магистральные радиорелейные линии; спутниковые радиолинии; радионавигационные системы. Основными владельцами РЭС централизованного назначения, помимо традиционных операторов электросвязи, являются РСЛ Минморфлота и Минрыбхоза РФ [1.20].

К РЭС децентрализованного назначения относятся маломощные ОВЧ радиостанции сетей подвижной связи; радиосети технологического назначения; малоканальные радиорелейные линии. Владельцами данных РЭС являются более 30 министерств и ведомств: Госагропром, Миннефтегаз, Минздрав, Минэнерго РФ и др.

В соответствии с планами развития отрасли электросвязи в РФ, перспективная отечественная система РК должна удовлетворять следующим требованиям:

- быть централизованной и тесно взаимодействовать с региональными отделениями РК и окружными управлениями РК;

- иметь в своей основе локальные сети станций РК для обнаружения несанкционированных излучений в ОВЧ и УВЧ диапазонах;

- обеспечивать на постоянной основе плановый периодический контроль за работой РЭС в крупных городах с помощью хорошо оснащенных центров РК; средние и мелкие населенные пункты обслуживать в основном по жалобам владельцев РЭС и населения, с помощью менее дорогостоящих ТС, размещенных на станциях РК;

- иметь стационарные станции космического РК; диапазонов НЧ; СЧ и ВЧ диапазонов при окружных управлениях РК, мобильные станции аналогичного назначения – при региональных (областных и районных) отделениях;

- иметь в составе на уровне окружных управлений мобильные станции для РК в диапазонах СВЧ и КВЧ: до 18... 40 ГГц;

- иметь в составе мобильных станций комплекты носимой аппаратурой для поиска источников излучений в диапазонах СЧ... ОВЧ с точностью 1... 10 м;

- обеспечивать возможность совместного использования в диапазонах СЧ и ВЧ оборудования стационарных станций РК, расположенных в центральной европейской части РФ, с оборудованием станций РК в сибирских и дальневосточных отделениях;

. ..

. ..

. ..

Рис. 1.14. Схема формирования системы РК в РФ (фрагмент)

- иметь в составе число локальных сетей РК, стационарных и мобильных станций РК, достаточное для решения поставленных задач на заданной территории – в каждом случае с учетом площади зоны ответственности, степени насыщенности РЭС, условий и мест функционирования особо важных РСЛ (аэродромы, центры управления, промышленные и оборонные объекты).

Фрагмент перспективной отечественной системы РК [1.20] показан на рис. 1.14: видно, что система является многоуровневой и строится по иерархическому пирамидальному принципу: от центра управления РК (который управляется центром использования РЧС) на верхнем уровне, окружных управлений РК и региональных отделений РК на промежуточных уровнях, до элементов (пунктов РК) локальных ОВЧ и УВЧ сетей на низшем функциональном (и территориальном) уровне. Локальные сети РК согласно схеме на рис. 1.14 организуются при населенных пунктах (областных, в ряде случаев и районных центрах).

Состав комплекса оборудования РК типовой локальной сети иллюстрирует рис. 1.15. Комплекс оборудования РК (см. рис. 1.15) призван выполнять функции мониторинга и пеленгации (поиск излучений по диапазону; радионаблюдение за ЭМО; измерение параметров сигнала и характеристик РПД; определение местоположения источника излучения) в диапазоне частот 30 МГц... 3 ГГц. При необходимости контролировать диапазоны НЧ; СЧ и ВЧ, а также СВЧ и КВЧ, типовое оборудование РК доукомплектовывается другими ТС.

Функции поиска, радионаблюдения, проведения измерений и местоопределения РЭС на рис. 1.15 выполняет головная станция РК – с применением метода триангуляции при участии двух и более вынесенных пунктов РК. Управление элементами локальной сети производится с вынесенного пункта управления; проводные и радиолинии служебной связи показаны двунаправленными стрелками. Кроме стационарных пунктов РК в составе локальной сети имеются мобильные станции для пеленгования ОВЧ/УВЧ источников; при необходимости решения совместных задач эти станции осуществляют взаимодействие с соседними сетями РК.

Основными целями модернизация действующей в настоящее время системы РК в РФ являются:

- полная компьютеризация сети на основе портативных ЭВМ;

- эффективное решение задач, связанных с анализом ЭМО, обеспечением ЭМС РЭС и присвоением радиочастот на основе адекватных моделей РРВ и цифровых карт местности;

Рис. 1.15. Состав и схема расположения элементов локальной сети ОВЧ/УВЧ

РК на территории областного (районного) центра

- автоматизация административных функций (подготовка лицензии; сбор платежей; статистический анализ использования РЧС; заполнение форм МСЭ и др.) органов РК;

- создание новых станций РК современного типа – в интересах участия Администрации связи РФ в Международной программе РК по линии МСЭ, а также в двухстороннем и многостороннем сотрудничестве с другими странами и региональными организациями по вопросам рационального использования РЧС и текущего РК;

- обеспечение проверки соответствия используемых радиочастот выданным разрешениям и лицензиям, определение занятости выделенных участков РЧС с помощью станций РК;

- обеспечение взаимодействия между двумя составными частями создаваемой компьютерной системы: для управления использованием РЧС и для целей РК, которое позволит оптимизировать режим работы и стоимость сети управления РЧС;

- создание компьютерных баз данных и пакетов прикладных программ для реализации всех функций РК: включая обновление текущих и статистических данных; выписку счетов; присвоение частот; обновление сведений о параметрах и режимах работы РЭС (для сравнения зарегистрированных и измеренных данных) и др.

Оборудование центра управления РК предусматривает обработку значительного объема информации, передаваемой административным звеньям более низкого уровня для выполнения ими своих функций.

Оборудование станций РК предназначено для выполнения следующих основных измерительных операций:

- измерение напряженности поля Е; В/м; мкВ/м, на заданном участке территории (обычно с размерами порядка 100×100 м²) и вдоль заданного маршрута;

- измерение ширины полосы частот (спектра излучения РПД, ВКЧ устройства);

- измерение частоты (в ОВЧ/УВЧ диапазонах с разрешением до 1 Гц);

- измерение глубины модуляции и девиации частоты;

- измерение занятости заданных участков РЧС;

- измерение качества приема цифровых сигналов в сетях радиосвязи и вещания.

Определение местоположения источника излучения производится путем пеленгации азимута и угла места в сферической системе координат для направления прихода сигнала от РЭС в заданное число пунктов РК. На точность пеленгации влияют мощность и продолжительность действия РЭС, а также особенности РРВ в представляющем наибольший интерес для РК диапазоне частот 300 кГц... 18 ГГц и инфраструктуры окружающей среды (рельеф местности, городская застройка, промышленные сооружения, лес и т.д.). Стационарные и мобильные пеленгаторы разного типа отличаются друг от друга как по рабочим характеристикам, так и по принципу действия. Для определения пеленга в них применяются как амплитудные, так и фазовые способы обработки принимаемых сигналов.

В основе технологий определения местоположения источника излучения лежат два метода [1.20]:

- метод триангуляции (см. схему на рис. 1.16), в рамках которого с помощью пеленгаторов Пл1; Пл2... двух и более пунктов РК (стационарных, мобильных) определяются азимуты φ ₁ ; φ ₂... направлений прихода (показанные для Пл1 и Пл2 на рис. 1.16 штриховыми линиями) сигнала от РЭС в горизонтальной плоскости, параллельной поверхности Земли – после чего местоположение РЭС ищется путем пересечения указанных штриховых направлений (метод используется в диапазонах от НЧ до УВЧ по земной волне; в диапазонах СЧ и ВЧ – по ионосферной волне);

φ ₁

φ ₂

Рис. 1.16. Определение местоположения

РЭС методом триангуляции

- метод определения местоположения одной станцией (ОМОС) – в диапазонах СЧ и ВЧ по ионосферной волне, который предусматривает определение азимута φ и угла места Δ приходящей в пункт РК пространственной ионосферной волны (см. схему на рис. 1.17) и применение компьютерной программы расчета географических координат РЭС на поверхности Земли для заданной действующей высоты h _Д и состояния ионосферы.

Пеленгатор состоит из антенной системы, РПУ и блока (процессора) определения направления. Его основными характеристиками являются точность определения азимута; чувствительность; помехозащищенность и скорость (быстрота) получения результата. Антенны пеленгаторов в диапазонах СЧ; ВЧ и ОВЧ состоят из простых рамочных и вибраторных антенн: горизонтальных и вертикальных, симметричных и несимметричных. В пунктах РК наиболее распространенными являются следующие четыре типа пеленгаторов.

Пеленгатор первого типа с амплитудной обработкой принимаемого сигнала и вращаемыми антеннами специального вида, ДН у которой имеет глубокий провал (минимум направленности) в двух противоположных направлениях (рамочная антенна); в одном направлении (комбинация рамочной антенны и вертикального несимметричного вибратора – штыря); или обладает достаточно узким основным лепестком (директорная антенна).

Настраивая указанные антенны на минимум и максимум принимаемого сигнала, а при необходимости используя суммарно-разностную обработку сигналов, принятых разными антеннами в составе Пл1 и Пл2, удается с требуемой точностью определить азимуты направлений прихода сигнала от РЭС к пунктам РК согласно схеме на рис. 1.16.

Ионосфера

h _Д

ΔРЭС

Пункт φ

РК

Рис. 1.17. Определение местоположения

РЭС методом ОМОС

Пеленгатор второго типа Ватсона-Ватта имеет антенну, состоящую из двух взаимно перпендикулярных вертикальных рамочных антенн, отношение напряжений на выходах которых пропорционально значению tg φ. Достоинствами пеленгатора являются быстродействие и компактность (диаметр антенной системы не превышает длины волны λ контролируемых РЭС), недостаток – малая разрешающая способность ввиду малой апертуры антенной системы.

Пеленгатор третьего типа использует эффект Доплера (Doppler effect), сопровождающий «вращение» сложной ненаправленной антенны (методом электронной коммутации ее элементов), при котором сигнал на выходе антенны модулируется по фазе, которая содержит информацию о направлении прихода сигнала φ. Указанная модуляция возникает за счет эффекта Доплера – частота сигнала увеличивается в моменты «приближения» антенны к РЭС, и уменьшается при «удалении» от него. Достоинства данного пеленгатора: большая апертура и повышенная разрешающая способность, возможность использования в разных каналах стандартных РПУ без специальных мер по обеспечению их идентичности; недостатки – снижение точности пеленгования ввиду необходимости использовать малогабаритные вибраторы для уменьшения их влияния друг на друга; громоздкость антенной конструкции в целом.

Пеленгатор четвертого типа – интерферометрический, принцип действия которого основан на измерении разности фаз Δ Ф между сигналами, принятыми от РЭС двумя и более разнесенными в пространстве антеннами пункта РК. Поскольку значение Δ Ф зависит от геометрических параметров антенной системы и длины волны λ , а также от обоих неизвестных углов прихода сигнала, для исключения неопределенности при измерении φ и Δ используется третья антенна. Достоинствами пеленгатора являются высокая скорость пеленгования; большая апертура антенной системы и высокая разрешающая способность; возможность исполнения в мобильном варианте при использовании различных транспортных средств. Недостатки связаны с необходимостью организации идентичных и высокостабильных каналов приема в пеленгаторе, а также существенным влиянием на результаты измерений местных предметов на обширном антенном поле.

Важной задачей РК является идентификация (опознание источников) контролируемых излучений. Помимо высокой профессиональной подготовки и опыта работы персонала успешному решению данной задачи способствует применение в пунктах и на станциях РК следующего специального оборудования:

- ондуляторы (undulator) для опознания автоматических телеграфных систем и РПУ для идентификации факсимильных сообщений;

- печатающие устройства для опознания передаваемого текста;

- магнитофоны для регистрации сообщений на иностранном языке и других сложных сигналов для их последующего изучения;

- анализаторы спектра для определения класса излучения и ключевых частотных компонент (например, в аналоговом телевидении – несущих изображения и звука, цветовых поднесущих), характерных для данного класса излучения;

- устройства демодуляции и др.

Для возможности автоматического опознания РЭС в интересах РК предлагается, в соответствии с Рекомендациями МСЭ, доукомплектовать действующие и новые РПД средствами передачи сигналов идентификации в цифровом виде [1.13].

Информация обо всех официально зарегистрированных РЭС хранится в Федеральной базе данных (БД) РФ [1.20], которая состоит из двух частей: информационно-учетной и расчетно-аналитической. Информационно-учетная часть содержит информацию по частотным присвоениям РЭС и орбитальным позициям космических спутниковых систем – включая тактико-технические характеристики РЭС; географические и топологические данные о местоположении РЭС; условия их эксплуатации; сведения о состоянии заявок на получение разрешений на ввоз, строительство и эксплуатацию РЭС; нормативно-техническую документацию: лицензии, сертификаты и др. Расчетно-аналитическая часть предназначена для решения задач по планированию использования РЧС в рамках распределенных полос частот и проведения анализа ЭМС для всех РСЛ наземного и космического применения.

Органы РК представляют в Федеральную БД сведения о фактической занятости разных участков РЧС в сравнении с занятостью согласно выданным разрешениям и лицензиям; статистические данные текущей загрузки РЧС; информацию об отклонениях в процессе эксплуатации параметров РЭС от разрешенных значений; статистику эффективности процедур управления использованием РЧС. При создании перспективной отечественной системы РК предусматривается обеспечение связи Федеральной БД с аналогичными БД на уровне регионов и ее использование в интерактивном режиме региональными управлениями РК.