РОЗДІЛ 2
СИНТЕЗ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИСТРОЮ ПРОСТОРОВО-ЧАСОВОЇ ОБРОБКИ ДЛЯ БОРТОВИХ АВІАЦІЙНИХ РАДІОТЕХНІЧИХ КОМПЛЕКСІВ
Як свідчать попередні дослідження, на даний час в КА РТК майже не використовується аналіз просторово-часових характеристик сигналів, що приймаються, для підвищення їх ЗЗ. Водночас побудова пристрою ПЧОС для КА потребує урахування особливостей функціонування РТК в польоті, які обумовлені неідентичністю ХС БА та еволюціями ЛА. Тому в даному розділі виконано аналіз моделей просторово-часових сигналів та завад і запропонована модель, що дозволяє враховувати не тільки довільну конфігурацію АС, а й неідентичність та ізрізаність ХС БА і зміну напрямків прийому сигналів, обумовлену еволюціями ЛА.
В даному розділі виконано синтез оптимального пристрою ПЧОС з урахуванням режимів роботи КА РТК. Показано, що, з урахуванням режимів роботи діючих зразків КА РТК, просторова обробка може здійснюватися окремо від часової у самостійному пристрої. Квазіоптимальним пристроєм часової обробки може виступати штатна КА РТК. Виконано аналіз критеріїв параметричної оптимізації пристрою просторової обробки. Показано, що при відсутності апріорної невизначеності відносно параметрів сигналів, що приймаються, та характеристик БА, які утворюють приймальну апертуру, всі критерії, з точністю до постійного множника, дають теж саме рішення для оптимального вектора вагових коефіцієнтів.
2.1. Просторово-часові моделі сигналів та завад в КА з урахуванням режимів роботи РТК
Незважаючи на численну кількість моделей сигналів і завад, задача розробки математичних моделей просторово-часових сигналів та завад не може вважатися остаточно вирішеною, особливо щодо специфічних умов функціонування бортових РТК, які розглянуто в підрозділі 1.2.
Математичний опис просторово-часових сигналів повинен враховувати режими роботи бортових РТК. Узагальнюючи викладене в ?17, 18?, на рис.2.1 приведено структурну схему авіаційної радіолінії ІО, яка організується за допомогою каналоутворюючої апаратури двох бортових РТК, що розташовані на різних ЛА. Будемо вважати, що (для проміжку часу, що розглядається) за допомогою РТК-1 здійснюється передача інформації, а за допомогою РТК-2 її прийом.
Повідомлення , в РТК-1, може утримувати різну інформацію: мова, радіонавігаційні чи радіотелеметричні дані, зображення та інше. В загальному випадку повідомлення, що передається, може бути представлено у вигляді ?17?
, (2.1)
де - постійна формуючого фільтру;
- формуючий білий шум.
Сукупність повідомлень в РТК, що передаються по радіолінії, являє собою випадкові процеси, які надходять до входу КА РТК. Остання перетворює повідомлення в радіосигнал . Враховуючі характеристики існуючої КА РТК (табл. В.1), в даний час застосовуються режими роботи з амплітудною модуляцією (АМ), частотною модуляцією (ЧМ) та частотною телеграфією (ЧТ). Відповідно до ?2, 28? модель сигналу з АМ можна визначити, як
, (2.2)
де - коефіцієнт АМ;
- амплітуда несучої сигналу;
- кругова частота несучої сигналу;
- початкова фаза.
Модель сигналу з ЧМ, як
, (2.2а)
де - миттєва фаза сигналу ;
модель сигналу з ЧТ, як
. (2.2б)
За допомогою БА сигнали перетворюються в електромагнітне поле , де r - вільна точка простору. При цьому поле на виході передавальної антени вже може бути піддано дії різного роду факторів, що заважають чи супроводжують процес передачі (наприклад, перекручування фази радіочастотного сигналу через нестабільність частоти генератора, що задає).
Рис. 2.1. Структурна схема авіаційної радіолінії ІО
Під каналом авіаційного зв'язку будемо розуміти середовище, що використовується для передачі полів сигналів від передавальної антени до приймальної антени. У системі авіаційного радіозв'язку це область простору в який радіохвилі поширюються від передавальної антени до приймальної антени ?80?. З урахуванням особливостей умов функціонування РТК, які розглянуті в першому розділі, саме у каналі авіаційного зв'язку діють різні завади і супутні фактори , що спотворюють поле корисного сигналу (перевідбиття корисного сигналу від корпусу ЛА, багатопроміневість, взаємні та навмисні завади від інших радіотехнічних систем, шуми атмосфери та інше). Задачею КА приймального РТК-2 є відтворення переданого повідомлення з вихідного сигналу приймальної антени на основі обробки прийнятого коливання полю , тобто формування оцінки повідомлення .
При аналізі і синтезі пристроїв ПЧОС в КА необхідно мати моделі сигналів і завад, які спостерігаються у різних точках області простору. В загальному випадку, напруженість електромагнітного поля (ЕМП) від джерела сигналу (завади) у довільній точці простору можна розглядати як функцію декількох змінних , де r - вектор просторових координат точки в заданій системі координат, а t - перемінна часу. Отже в N заданих точках області простору прийому в момент часу t будемо мати N-мірний вектор .
Для завдання різних характеристик полю необхідно мати їх імовірнісний опис. Найбільш часто використовується гіпотеза про гаусовість полів сигналів та завад ?19, 20?. Однак, як показують теоретичні й експериментальні дослідження ?19, 24?, гіпотеза про гаусовість полів може бути застосована в припущенні однорідності й ергодичності випадкових процесів. Багато реальних випадкових процесів та полів можна з необхідною точністю апроксимувати марковськими [17, 18, 21, 62]. Для опису за допомогою марковського процесу необхідно визначити диференціальне рівняння стану [18]:
, (2.3)
де - вектор стану випадкового полю , елементами якого є амплітуда, фаза, поляризація ЕМП та їх похідні;
, - задана векторна та матрична функції відповідно;
- вектор білих гаусовських шумів з кореляційною матрицею
, (2.4)
де - дельта-функція, що породжує поле, яка представляє собою сукупність взаємно-некорельованих марковських випадкових