Вердуин Я. и др. Справочник по радиоконтролю

Подождите немного. Документ загружается.

- 489 -

Глава 5

Установленный в транспортном средстве приемник системы определения местоположения может

выполнять следующие задачи:

– определение стандартной частоты (точность по частоте 1 × 10

–11

);

– выдача информации о текущей дате и времени (ГГ–ММ–ДД и чч:мм:сс.ссс).

5.5.4.5 Управление вращением и телескопические опоры

Измерительные антенны могут быть установлены непосредственно на двухосном поворотном круге

(с типичными характеристиками: азимут 370°, угол места от –20 до +90°, точность определения

местоположения 0,1°), прикрепленном к мачте. Основание мачты может вращаться. Это дает

возможность быстро установить оборудование для использования или демонтировать его для

транспортировки.

Транспортное средство может быть снабжено телескопическими или регулируемыми опорами для

гарантии горизонтальности вращающейся плоскости. Опорами можно управлять из транспортного

средства. Определение положения поворотного круга относительно истинного севера достигается с

помощью гирокомпаса.

5.5.5 Совмещение фиксированной спутниковой и фиксированной служб

5.5.5.1 Помехи между ФСС и ФС

Существуют несколько стандартных трасс распространения помех, называемых механизмами по-

мех, которые встречаются в спутниковых и наземных микроволновых линиях связи (см. рис. 5-46).

Эти механизмы помех регулируются с помощью различных регламентарных процедур, включая

координацию частот. Обычная работа соответствующих линий связи указывается короткими

сплошными стрелками, обозначающими полную дуплексную передачу. Трассы распространения

помех, отмеченные номерами от 1 до 4, можно описать следующими образом:

Трасса 1: наземные радиопомехи приемному устройству спутника на линии вверх. Спутник

защищен максимальным пределом излучаемой мощности наземной микроволновой антенны и

условием, что эти антенны не должны быть направлены в сторону геостационарной орбиты. В

результате низкой мощности излучения наземных станций, обычно помехи данного типа на

практике не встречаются. Единственным возможным исключением являются линии связи

тропосферного рассеяния большой мощности с синфазными многовибраторными антеннами с

плоскими отражателями.

РИСУНОК 5-46

Возможные помехи между спутниковыми линиями связи и наземными микроволновыми

линиями связи, использующими одну и ту же полосу частот

- 490 -

Глава 5

Трасса 2: помехи от земной станции наземному радиоприемнику. Это наиболее важный случай

помех для определения возможности работы передающей земной станции в конкретном месте.

Вдоль трассы 2 излучение ведется посредством боковых лепестков антенны земной станции и далее

распространяется к наземному приемнику по нескольким трассам. В МСЭ имеются регламентарные

положения и процедуры по координации земных станций в одной стране, которые могут мешать

наземным микроволновым линиям связи в соседних странах.

Трасса 3: наземные радиопомехи приемнику земной станции на линии вниз. Антенна земной

станции может экранироваться от наземного передатчика – метод, который был также применен для

случая трассы 2.

Трасса 4: спутниковые помехи наземному радиоприемнику. Обычно уровень излучения со

спутника является слишком слабым для того, чтобы существенно воздействовать на наземные

приемники. В Регламенте радиосвязи обычно указывается максимально допустимый уровень п.п.м.

от спутника на поверхности Земли.

Трасса 2 имеет отношение к передающим земным станциям, а трасса 3 должна быть отнесена к

любой спутниковой приемной системе на земле.

5.5.5.2 Методы анализа

Уровни помех, создаваемых земным станциям спутниковой связи или наземным станциям,

совместно использующим одну и ту же полосу частот, могут быть определены с помощью метода

расчета отношения несущая/помеха (C/I

). Для геометрии приемной земной станции, показанной на

рис. 5-46, уравнение C/I можно выразить (в дБ) следующим образом:

( ) ( )













′

−

′

−+

′

−+θ−=

GGPPGGIC

stt

log20)()()0(/

где:

G(0) : усиление антенны земной станции в направлении спутника

G(θ) : усиление антенны земной станции в направлении наземной станции

: мощность передачи спутника на его антенну

′

: мощность передачи наземной станции на ее антенну

: усиление спутниковой антенны в направлении земной станции

G' : усиление наземной антенны в направлении земной станции

R и R' : расстояния между земной станцией и спутниковой и наземной станциями.

В данном уравнении показаны различные составляющие, в дБ, как полезные, так и мешающие.

Более простым способом изучения проблемы является оценка энергетического потенциала помехи,

представляющего собой всего лишь энергетические потенциалы двух линий связи: один – для

полезной трассы, а второй – для нежелательной (мешающей) трассы. Величина C/I показывает

разность (в дБ) между принятыми мощностями несущих полезного и мешающего сигналов. Пример

энергетического потенциала помехи представлен в табл. 5-11 для геометрии помехи, показанной на

рис. 5-47.

- 491 -

Глава 5

Spec-0547

G(0)

)

Наземная микроволновая антенна

Антенна земной станции

К спутнику

РИСУНОК 5-47

Геометрия помехи для наземной помехи, принимаемой земной станцией

с антенной большого диаметра

ТАБЛИЦА 5-11

Энергетический потенциал помех, испытываемых передатчиком цифровой линии

видеосвязи от работы наземной микроволновой линии

(передатчики работают на одной и той же частоте)

Показатель Величина

Полезный сигнал (передаваемый со спутника)

Мощность спутниковой передачи на несущую на антенном порте (Вт) 20

Усиление спутниковой антенны в направлении земной станции (дБи) 30

Э.и.и.м. спутника в направлении земной станции (дБВт) 43

Потери свободного пространства (дБ) 196,2

Потери в атмосфере (без дождя) (дБ) 0,1

Усиление антенны земной станции (тарелка диаметром 3 м) (дБи) 39,8

Принимаемая мощность полезной несущей (дБВт) –113,5

Мешающий сигнал (переданный наземной микроволновой станцией)

Передающая мощность на несущую на антенном порте (Вт) 10

Усиление передающей антенны в направлении земной станции (дБи) 0

Наземная микроволновая э.и.и.м. в направлении земной станции (дБВт) 10

Потери свободного пространства (трасса протяженностью 8,5 км) (дБ) 132,1

Экранирующее влияние рельефа местности (дБ) 20

Усиление антенны земной станции в направлении наземной микроволновой

станции (дБи)

Мощность принимаемой помехи (дБВт) –142,1

Отношение несущая/помеха (C/I ) (дБ) 28,6

- 492 -

Глава 5

Существуют несколько важных моментов, возникающих при оценке величины C/I описанным

способом. Некоторые из таких моментов относятся к моделируемым реальным физическим

характеристикам (например, усиление боковых лепестков антенн земной станции и наземных

микроволновых антенн, величина ожидаемого экранирующего влияния рельефа местности или

затенения), в то время как другие имеют статистическую природу (например, атмосферное

поглощение и распространение наземного микроволнового сигнала за счет тропосферного

рассеяния).

Анализ данных, приведенных в табл. 5-11, позволяет принять несколько допущений в отношении

уровня помехи. Наземная станция расположена на расстоянии 8,5 км от земной станции, а трасса

частично затенена (например, экранирование холмами составляет 20 дБ). При уровне C/I, равном

28,6 дБ, помеху можно обнаружить и может потребоваться дополнительное рассмотрение.

Потери при распространении, отличающиеся от потерь в свободном пространстве, могут

представлять серьезную проблему для любого специалиста, определяющего реальную

энергетическую мощность помех перед проведением полевых измерений. Также трудно определить

и другие показатели, имеющие отношение к характеристикам земной станции и наземной антенны,

особенно для районов, расположенных в зоне действия заднего и боковых лепестков.

5.5.6 Вопросы безопасности

Существует множество проблем, связанных с обеспечением безопасности при измерениях данных

типов. Эти проблемы возникают из-за действия радиочастотного излучения и условий окружающей

среды, в которой будет эксплуатироваться измерительное оборудование. В основном, при

измерениях используется оборудование, установленное на крышах высотных домов, на ровных

платформах мачт связи. При измерениях может возникнуть ряд опасных ситуаций. Кроме того,

может возникнуть опасность РЧ излучения от других микроволновых систем, работающих вблизи

места измерения. Желательно, чтобы перед выполнением таких измерений была проведена полная

оценка возможных рисков.

Каждое лицо при выполнении работы обязано выполнять правила техники безопасности. Это

условие приобретает особую важность при проведении работ в малознакомом окружении или если

вы находитесь под сильным давлением устранить помехи или нормализовать политическую

ситуацию. Штатные сотрудники, занятые измерениями, должны наверняка представлять меру риска,

связанную со средой измерения и проведением измерений. Они также должны быть уверены в том,

что другие люди, присутствующие рядом, защищены от любых рисков, и что ими выполнены все

соответствующие действия для защиты от подобных рисков их самих и других лиц.

Вопросы безопасности имеют решающее значение не только для персонала, занятого измерениями,

но и для всех других людей, работающих или находящихся на месте измерения или рядом с ним.

Чтобы избежать несчастных случаев, все кабели, антенны и измерительные приборы должны иметь

четкую маркировку. При использовании излучателей высокой мощности, основное измерение

радиочастотного облучения должно проводиться путем измерения напряженности поля в тех

местах, где работает персонал. Для определения степени риска можно использовать датчик или

калиброванный дозиметр. Если уровни излучения вызывают опасение, то должны выполняться

калиброванные измерения облучения с использованием минимума персонала до того момента, пока

не будут получены количественные сведения по данной ситуации.

Литература

FERNANDEZ E. and MATHIEU M. [1991] Les faisceaux hertziens analogiques et numériques, Éd. Dunod. Paris.

DU CASTEL [1961] Propagation troposphérique et faisceaux hertziens transhorizons. Ed. Chiron, Paris.

VERRE J. [1986] Digital microwave links in the French telecommunication network. Ed. ECCR, Munich.

- 493 -

Глава 6

ГЛАВА 6

ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕДУРЫ

Стр.

6.1 Определение местоположения с помощью глобальных спутниковых систем......... 495

6.2 Карты ............................................................................................................................... 505

6.3 Расчеты эквивалентной изотропно излучаемой мощности (э.и.и.м.)........................ 517

6.4 Модели распространения радиоволн............................................................................ 525

6.5 Интермодуляционные составляющие и гармоники .................................................... 531

6.6 БПФ для контроля использования спектра .................................................................. 539

6.7 Требуемая документация ............................................................................................... 547

- 494 -

Глава 6

- 495 -

Глава 6

6.1 Определение местоположения с помощью глобальных спутниковых систем

Стр.

6.1 Определение местоположения с помощью глобальных спутниковых систем......... 496

6.1.1 Общие положения........................................................................................................... 496

6.1.1.1 Назначение ...................................................................................................................... 496

6.1.1.2 Доступные системы........................................................................................................ 497

6.1.1.3 Доступное оборудование ............................................................................................... 497

6.1.1.4 Повышение точности ..................................................................................................... 497

6.1.2 NAVSTAR GPS ............................................................................................................... 497

6.1.2.1 Описание системы .......................................................................................................... 497

6.1.2.2 Характеристики системы ............................................................................................... 498

6.1.2.3 Дифференциальная система GPS .................................................................................. 498

6.1.3 ГЛОНАСС ....................................................................................................................... 500

6.1.3.1 Обзор системы ................................................................................................................ 500

6.1.3.2 Возможности, предоставляемые при совместном использовании систем

ГЛОНАСС и GPS............................................................................................................ 500

6.1.3.3 Характеристики систем GPS и ГЛОНАСС .................................................................. 501

6.1.4 Будущая система РНСС "Galileo" ................................................................................. 503

- 496 -

Глава 6

6.1 Определение местоположения с помощью глобальных спутниковых систем

6.1.1 Общие положения

6.1.1.1 Назначение

Применение систем радионавигационной спутниковой службы (РНСС) необходимо для таких целей

радиоконтроля как:

Определение

местоположения

Лицензирование: проверка местоположения станций в соответствии с

указанными в лицензии данными, определение местоположения незаконных

станций

Подвижные системы радиопеленгации: прогноз в целях определения точного

местоположения подвижных систем радиопеленгации

Подвижные измерения напряженности поля: охват ЧМ радиовещательными

станциями; проверки максимальных уровней напряженности поля по причинам

обеспечения безопасности

Измерение диаграмм направленности: измерение диаграмм направленности

антенн с использованием вертолетов

Время: синхронизация радиопеленгаторных сетей в случае сигналов очень

короткой длительности

Синхронизация и

стандарты

частоты

Частота: синхронизация приемников

Системы РНСС способны также прогнозировать скорость и направление, но не все они достаточно

точны с точки зрения требований радиоконтроля.

Эти службы предоставляют услуги определения местоположения на глобальной основе, непрерывно

и при всех погодных условиях пользователям на поверхности Земли или вблизи нее. Приемные

устройства имеют пассивный режим работы, благодаря чему допускается одновременная работа

неограниченного числа пользователей. В системах РНСС имеются функции, с помощью которых

может быть отказано в предоставлении точной услуги несанкционированным пользователям.

Передаваемые спутниками дальностные коды позволяют приемному устройству измерять время

прохождения сигналов и, таким образом, определять расстояние между спутником и пользователем.

Для трехмерного (3-D) определения местоположения обычно требуется, чтобы “в поле зрения”

приемника одновременно были четыре спутника.

В Рекомендации МСЭ-R TF.767 предлагается использование систем GPS и ГЛОНАСС в тех

областях, где при глобальном покрытии требуются уровни точности порядка 10–100 нс. Считается,

что GPS и ГЛОНАСС в режиме одновременного наблюдения (common-view) определяют

координаты антенны приемного устройства с точностью до 1 м. Поскольку приемное устройство

снабжено блоком высокоточного рубидиевого эталона частоты, оно может служить в качестве

стандарта частоты для всей контрольной аппаратуры.

Применительно к контролю подвижных объектов использование систем РНСС стало общепринятой

нормой там, где приемлемы значения точности в пределах 20 м. В рабочем состоянии система

может предоставлять обновленную информацию о местоположении приблизительно каждые 2 с

(этот период времени может быть установлен по желанию пользователя). Для подвижного

транспортного средства этой точности, как правило, достаточно, чтобы определить, на какой

стороне улицы вы находитесь, и обычно бывает достаточно при выполнении измерений зон

покрытия крупных сотовых или вещательных систем. Разрабатываются и другие коммерческие

спутниковые навигационные системы как составная часть новых подвижных спутниковых служб,

однако в настоящее время наиболее широко используется система GPS.

- 497 -

Глава 6

6.1.1.2 Доступные системы

Ниже указаны следующие системы РНСС, которые доступны в настоящее время или будут

доступны в ближайшем будущем:

NAVSTAR

GPS

Американская система, первоначально предназначенная для использования в

военных целях, доступна также для гражданских применений, позволяет

пользователям получать данные с более высокой точностью с помощью применений

дифференциальной GPS.

ГЛОНАСС Российская система, которая может использоваться отдельно или совместно с

системой NAVSTAR GPS для получения более высокой точности.

Galileo Европейская система, находящаяся на этапе разработки.

6.1.1.3 Доступное оборудование

Можно ожидать, что стандартные серийные приемники систем РНСС обеспечат предоставление

данных о местоположении с точностью не хуже, чем в пределах нескольких десятков метров;

временная точность обычно находится в пределах ± 250 нс. Измерение с помощью дополнительного

спутника и второй точки на земле улучшит точность за счет различных показаний до сантиметров.

Приемники можно легко интегрировать в подвижную систему; они доступны как отдельные

модули, как батарейные переносные приемники или как платы, встроенные в шины общедоступных

компьютеров. Портативные антенны весьма компактны и прочны и могут без труда устанавливаться

на крышах автомобилей.

Многие серийные приемники выдают дополнительные выходные сигналы, полученные исходя из

данных о спутниках, включая угол места, скорость и ускорение. Некоторыми производителями

предусматриваются также варианты навигации с курсопостроением (waypoint navigation). Для

использования в подвижных системах, включающих компьютерную рабочую станцию, автономно

работающие приемники оборудуются соответствующим интерфейсом данных для соединения с

компьютером. Для того чтобы обеспечить отображение в реальном времени местоположения

подвижного средства во время его движения, информация GPS может быть объединена с

компьютеризованным комплектом карт (см. раздел 6.2).

При использовании системы GPS для различных приложений подвижной связи могут возникнуть

проблемы в отношении точности и приема сигналов. Намного более высокая точность требуется

при измерениях в микроячейках в зонах застройки, а также в зонах пешеходного движения. Прием

сигнала со спутников становится проблемой в городских зонах, внутри зданий и в других местах,

где приему могут мешать крупные препятствия. В этих случаях возникает необходимость

использования альтернативных методов определения местоположения.

6.1.1.4 Повышение точности

Точность систем РНСС можно улучшить за счет объединения таких систем как высотомеры,

инерциальные навигационные системы, а также методов, предоставляемых самой системой

(дифференциальная GPS (DGPS) для NAVSTAR, GPS+ГЛОНАСС для системы ГЛОНАСС и т. д.).

6.1.2 NAVSTAR GPS

6.1.2.1 Описание системы

Вращающиеся на очень высоких орбитах 24 спутника GPS передают с помощью

синхронизированных сигналов информацию как о пространственном положении, так и о времени

для пользователей во всем мире. Измерение таких сигналов, по меньшей мере, от трех различных

спутников позволяет определить местоположение приемника на Земле. В любой точке Земли

пользователь может видеть восемь спутников данного созвездия.

- 498 -

Глава 6

Основной функцией системы GPS является трехмерная навигация. Точное определение

местоположения возможно при использовании приемников GPS в контрольных местоположениях с

предоставлением поправок (DGPS), а также при использовании данных об относительном

местоположении для удаленных приемников. Еще одним способом использования систем GPS

является передача сигналов точного времени и эталонных частот на основе точных тактовых

генераторов, установленных на борту спутников и управляемых станциями контроля. Средства

электросвязи и лабораторные стандарты могут устанавливаться по сигналам точного времени или

регулироваться по точным частотам с помощью приемников GPS специального назначения.

6.1.2.2 Характеристики системы

Системы GPS предусматривают два уровня навигации: служба точного определения

местоположения (PPS) и служба стандартного определения местоположения (SPS). Гражданские

пользователи по всему миру применяют систему GPS бесплатно или без ограничений (см. табл. 6-1).

Большинство приемников способны принимать и использовать сигнал SPS. Точность SPS ранее

преднамеренно занижалась Министерством обороны (DoD) за счет применения селективной

доступности (SA). Но после 1 мая 2000 года закончилось применение системы SA и Соединенные

Штаты Америки не намерены когда-либо снова ее использовать.

ТАБЛИЦА 6-1

Показатели точности системы GPS

Прогнозируемая точность (без SA) Услуга стандартного определения местоположения (SPS)

Точность по горизонтали (95%) 22 м

Точность по вертикали (95%) 33 м

Точность времени (95% относительно UTC) 200 нс

Производители приемников могут использовать другие меры обеспечения точности (RMS, CEP,

SEP с/без SA), которые здесь не указаны. В результате этого, некоторые приемники согласно их

листам спецификации представляются как более точные, чем указывается более ответственными

продавцами, использующими более консервативные меры погрешности.

6.1.2.3 Дифференциальная система GPS

Идея, лежащая в основе работы полностью дифференциальной системы определения

местоположения, заключается в том, что для достижения более высокой точности определения

местоположения в систематические ошибки в отношении какого-либо пункта вносятся поправки с

учетом измеренных систематических ошибок в отношении пункта с известными координатами (см.

рис. 6-1). Поправки для каждого спутникового сигнала вычисляются в эталонном приемнике или на

базовой станции.