Предварительное определение границ действия для морской зоны А2 и navtex и защита канала оповещения о бедствиях Глобальной морской системы для случаев бедствия и обеспечения безопасности (гмсбб) в районе А2

2.4 Определение коэффициента внешнего шума, F_a, для требуемой доступности

Г

раницы передачи, достигаемые передатчиком или приемником, зависят от мощности излучения, потерями сигнала при распространении и способностью приемника отделять требуемый сигнал от шума и помех. Уровни различных составляющих сигнала меняются со временем в зависимости от условий распространения сигнала, поступая, таким образом, на принимающую антенну в различном соотношении. Конструкция конечного устройства должна, следовательно, обеспечивать превышение уровня сигнала над уровнем шума на приемлемую величину в течение приемлемого интервала времени. Величина этого интервала называется доступностью и определяется поведением сигнала и шума в зависимости от времени, как показано на рисунке 2.

где:

Для передач NAVTEX требуется 90% доступность, поэтому верхнее десятичное приближение D_u должно быть подставлено вместо D_t в уравнение (1).

95% доступность требуется в зоне покрытия A2. Для достижения этого в уравнении (1) подставим D_t = D_u  3 дБ.

Сначала необходимо определить F_am и D_u, запустив программу Noise1, входящую в пакет МСЭ NOISEDAT. В программу вводятся данные о времени года, местонахождении, частоте, уровне и виде шума, создаваемого человеческой деятельностью, типе данных требуемого результата, (выбрать F_a), местное среднее время, требуемые статистические величины (всюду выбираем средние). Для предварительной оценки уровня шума на корабельных станциях для оценки палубного шума, за неимением лучших оценок, должна использоваться цифра –142 дБВт.

По временам года данные сгруппированы в таблице 3. Значения числовых полей разъяснены в таблице 4.

ТАБЛИЦА 3

ТАБЛИЦА 5

	Среднее значение, Fam				Fa для требуемой доступности
Период	Зима	Весна	Лето	Осень	Зима	Весна	Лето	Осень
0000–0400	59,6	55,9	52	52,2	71,7	65,2	60,2	60,9
0400–0800	54,5	43,7	45,9	46	66,8	56,2	55,6	59,5
0800–1200	45,9	45,9	45,8	45,9	55,4	55,4	55,3	55,4
1200–1600	46	41,9	37,7	45,8	55,4	54,8	52,5	55,7
1600–2000	53,9	43,2	43,6	43,9	66,5	59,7	59,5	58,2
2000–2400	55,2	55	54,4	55,8	64,9	63,2	61,4	64,3

В Резолюции ИМО А.801(19) отмечается: "Администрации должны определять временные периоды и времена года в соответствии со своим географическим положением, основываясь на преобладающих уровнях шума".

2.5 Объяснение распространения сигнала с помощью земной волны

2.5.1 Введение

Горизонтально поляризованные волны не будут распространяться вдоль обычной земной поверхности, поскольку вектор напряженности электрического поля направлен тангенциально поверхности, вызывая движение тока поверхности, что приводит к поглощению сигнала и большим потерям при его передаче. По этой причине земные волны должны быть поляризованы вертикально и могут излучаться только вертикальной антенной или, до определенной степени, антенной, которая расположена не строго горизонтально, либо потому, что один ее конец выше другого, либо из-за неточности настройки элементов.

Первопричиной распространения земной волны является волнодвижущая сила (c.m.f.), вызываемая передающей антенной. В пространстве плотность потока мощности (Вт/м^²) убывает обратно пропорционально квадрату расстояния, поэтому сила, создаваемая полем убывает обратно пропорционально расстоянию, и ее величина является произведением c.m.f. и расстояния. Значение с.m.f. аналогично эффективно излучаемой мощности несимметричного вибратора (e.m.r.p.), являющейся мощностью (кВт), которую нужно подвести к монополю без потерь на замыкание, для достижения такой же c.m.f., и если измерять все в децибелах, оба показателя имеют одинаковую мощность. Монополь без потерь на замыкание на идеальной земле с подводимой мощностью в 1 кВт имеет c.m.f., равную 300 В, которая является ссылочным значением для земных волн, даваемым в Рекомендации МСЭ-R P.368.

При последующих вычислениях требуемой мощности передатчика должны учитываться следующие потери, связанные с антенной:

– выходная мощность передатчика может быть снижена плохо сконструированной антенной;

– мощность может поглощаться заземлением и фидером;

– в то время, как идеальный несимметричный вибратор дает максимум излучения вдоль земли, излучение реальной антенны поднимается на несколько градусов над землей и на поверхности земли почти исчезает.

2.5.2 Испытания подтверждения работоспособности

Согласно Резолюции А.801(19) ИМО граница морской зоны А2 должна быть подтверждена измерением силы поля. C.m.f. любого берегового передатчика и антенны должна быть определена при продолжительной работе передатчика с пиковой мощностью и измеряя результирующую величину поля портативным измерителем силы поля. Это должно быть сделано на дуге радиуса примерно 1 км вокруг станции в требуемом направлении распространения сигнала. Точное расположение антенны и точка каждого измерения должны быть зафиксированы с использованием навигатора GPS. Величина c.m.f. в каждом случае является произведением силы поля (мВ/м) и дальности точки измерения (км).

Процедуры, описанные в данной Рекомендации, должны использоваться администрациями для определения c.m.f., требуемой для достижения зоны покрытия, которая затем будет достигнута поставщиком после эффективного устранения случайных сбоев в работе из-за местных условий и недостатков системы заземления станции и антенны.

2.5.3 Определение протяженности зоны обслуживания А2

Протяженность зоны обслуживания А2 определяется границами, в пределах которых связь с одной боковой полосой, ОБП между берегом и кораблем эффективна при 2182 кГц. При этом считается, что корабль оборудован 60-ваттным передатчиком, подающим сигнал на антенну несимметричного вибратора с эффективностью 25%, как показано в таблице 1.

Граница определена максимальным расстоянием, на котором может находиться корабль, чтобы обеспечить для антенны береговой принимающей станции с шириной полосы пропускания, равной 3 кГц отношение S/N, равное 9 дБ.

Граница в обоих направлениях зависит от чувствительности принимающей антенны, которая определяется уровнями присутствующих природного и искусственного шумов и способности антенны различать требуемый сигнал и посторонний излучаемый шум. Хотя некоторое улучшение может быть достигнуто с использованием направленной приемной антенны, это часто оказывается непрактичным, неэкономичным и выходит за рамки тематики данной Рекомендации. Будет считаться, что для приема используется короткая гибкая штыревая антенна, установленная на голой земле, и что она регулярно подвергается техобслуживанию, чтобы избежать явления коррозии. При 2182 кГц коэффициент шума, связанного с антенной, можно не учитывать.

2.5.3.1 Определение диапазона для берегового приемника

Установленный ИМО минимальный диапазон, достигнутый таким образом, должен определяться для всех сезонных значений F_a, используя кривую, соответствующую 15 Вт на рисунке 4. Дополнительные кривые были включены для демонстрации преимуществ использования на кораблях больших передающих мощностей.

2.5.3.2 Определение требуемой мощности приемника берегового базирования

Эффективная двусторонняя ОБП-радиотелефония требует надежных условий для связи в обоих направлениях. Так как потери величины сигнала в обоих направлениях одинаковы, мощность, требуемая для обратного вызова, зависит, в первую очередь, от разницы величин шума на обоих концах соединения, а также от различия эффективности передающих антенн. Однако на мощность передачи оказывают прямое влияние нижеперечисленные дополнительные факторы:

– всплески и падения на диаграмме направленности антенны из-за взаимодействия с корпусом корабля;

– потери из-за условий работы антенны на корабле.

Испытания на масштабных моделях множества судов показывают, что различия в коэффициенте направленного действия для принимающих антенн обычно ±5дБ. Помимо этого, нужно учесть, что антенны на некоторых кораблях обслуживаются неудовлетворительно. Чтобы учесть эти факторы, в расчеты мощности для связи берег-корабль включается величина, равная 10 дБ.

Чтобы определить мощность излучения, требуемую для передатчика берегового базирования, сначала требуется установить значения коэффициентов внешнего шума для приемных станций на берегу, F_ac, и на корабле, F_as, как описано в § 2.4. Минимальная e.m.r.p., требуемая для возвращения запроса в ГМСББ на корабль в пределах обслуживания с тем же отношением S/N, должна вычисляться с помощью уравнения (2):

P_e.m.r.p.  (F_as – F_ac) – 16  R_pm           дБ(кВт), (2)

где:

R_pm: отношение пикового значения к среднему для передатчика береговой станции (дБ).

Тогда требуемая мощность передатчика, P_Tx, должна определяться из уравнения (3), в котором L_a учитывает все потери, зависящие от антенны и описанные в § 2.5.1:

P_Tx  P_e.m.r.p.  L_a. (3)

Подстановка типичных цифр (F_as – F_ac)  10 дБ, R_pm  3 дБ, и L_a  3 дБ дает для минимальной требуемой мощности передатчика типичное значение 1000 Вт.

Для определения эффективности антенны можно использовать уравнение (4):

Eff_ant  P_e.m.r.p./P_Tx. (4)

2.5.4. Определение границ вещания, достижимых при использовании NAVTEX

Дальность вещания, достижимая конкретным передатчиком NAVTEX, зависит от эффективности передающей антенны и, как показано на рисунке 5, от коэффициента внешнего шума на борту корабля. Эффективность антенны зависит от качества наземной системы, и, поскольку известно определение c.m.f., мы можем измерить эту эффективность, как описано в § 2.5.2.

В Резолюции ИМО А.801(19) определена 90%-ая доступность, поэтому значение верхнего дециля для F_a должно вычисляться на основании статистических данных, полученных NOISEDAT.

2 Защита частоты радионаблюдения А2

ИМО устанавливает обязательность круглосуточного наблюдения за частотными каналами бедствия. Система наблюдения должна проектироваться таким образом, чтобы ее способность наблюдения не снижали шум или помехи. Поэтому существенно, чтобы все каналы передачи, присвоенные для передающей станции, выбирались таким образом, чтобы в полосы частот, предназначенных для дежурных каналов, не показали интермодуляционные помехи.

При небольшом канальном интервале процессу наблюдения может угрожать энергия верхней боковой полосы соседней ОБП – передачи, попадающая в полосу пропускания приемника, где требуемый сигнал заглушается из-за блокирования или взаимного смещения. Там, где канальный интервал достаточно большой, чтобы преодолеть угрозу взаимного смешивания, меньшей, но все же угрозой процессу наблюдения может оставаться боковой шум приемника, попадающий в полосу пропускания передатчика.

Результирующий уровень цифрового сигнала, достигающего береговой станции будет зависеть от объявленной дальности А2 для береговых станций, и, в свою очередь, определяться чувствительностью, F_a.

Уровень, который нужно поддерживать, является уровнем, который позволит сигналу достичь береговой станции после замирания в 3 дБ, как показано на рисунке 6

3.1 Влияние разноса антенны на характеристики работы системы

3.2 Оценка уровня поля помех

Допустимый уровень бокового шума, исходящего от передающей антенны, и уровень изоляции соседнего канала, требуемый дежурным приемником, зависят от развязки приемной и передающей антенн, и на рисунке 7 приведено значение справочной мощности P_ref(мВт), которая относится к мощности излучения, создающего на приемной антенне сигнал с силой, равной силе сигнала DSC, который нужно защитить, а на рисунке 8 показана эмпирически найденная зависимость между характеристиками передатчика и приемника.

3.3 Требуемая избирательность по соседнему каналу

Уровень изоляции соседнего канала, требуемый для приемника наблюдения, зависит от разноса между передающей и принимающей антеннами. На рисунке 7 приведены значения справочной мощности P_ref, которая соответствует с мощности излучения, создающей на антенне приемника сигнал такой же силы (напряженности поля), как и сила защищаемого сигнала канала сигнала бедствия (DSC). Если значение для изоляции соседнего канала приемника выражается как I_adj(дБ), тогда максимальная мощность излучения станции не превысит:

P_rad  =  P_ref    _Iadj. (5)

Для обеспечения наблюдения за DSC, нужно рассмотреть три категории приемников: приемники на коммерческих каналах, корабельные приемники наблюдения за DSC или высокоточные детекторные приемники наблюдения за DSC, в соответствии с данными таблицы 6:

ТАБЛИЦА 6

Избирательность (дБ)	Смещение (Гц)
6	Между 150 и 220
30	Меньше чем 270
60	Ниже 400
80	Меньше чем 550

3.4 Защита от помех соседнего канала

Максимально разрешенная мощность передатчика должна определяться из уравнения (6):

P_Tx = 30  10 log(P_ref)  I_adj – 10 log(Eff_ant), (6)

где:

P_Tx: мощность передатчика (дБ);

I_adj: величина изолированности соседнего канала для приемника;

Eff_ant: эффективность антенны.

Для примера рассмотрим приемник типа используемого на борту корабля, с типичным значением изолированности, равным 60 дБ при шуме на местности F_a, равном 65 дБ на удалении 2,5 км от передающей антенны с эффективностью 75%. На рисунке 7 приведено значение P_ref, равное 0,1 мВт, поэтому максимальный уровень мощности излучения составит 60 дБ при значениях выше 0,1 мВт, т. е. 100 Вт. Считая эффективность антенны максимальной, получим мощность передатчика, равную 133 Вт. Чтобы 500-ваттный передатчик обеспечивал предварительную фильтрацию сигнала, требуется дополнительно 4дБ изолированности соседнего канала.

3.5 Защита от бокового шума передатчика

Максимально допустимый уровень бокового шума определяется требуемым отношением C/N на принимающей антенне. В приведенном примере для C/N, равного 10 дБ, максимально допустимый уровень мощности бокового шума составит 10 мВт, т. е. довольно низкую величину, и может потребовать установки выходного фильтра, чтобы уменьшить шум модулятора передатчика

3.6 Взаимодействие разнесенных антенн

На рисунке 9 показано влияние уменьшения разноса между передающей и принимающей антеннами с 1 км до 300 м, при том минимально возможное значение, вычисленное с помощью программы GRWAVE. Для примера, если бы для станции, находящейся поблизости от берега, коэффициент максимального среднегодового внешнего шума F_a, был бы равен 65 дБ, то, из рисунка 4 достигаемая дальность передачи составляла бы чуть больше 200 морских миль. Если бы изолированность соседнего канала составляла 80 дБ, то для e.m.r.p., равной 200 Вт, разнос антенн не должен был бы быть меньше 450 м.

При таких условиях для достижения требуемого разнесения потребовался бы длинный фидер. Так как частота возрастает, достигается значительное уменьшение внешнего шума и возрастание потерь в фидере. При 2 МГц коэффициент внешнего шума гораздо больше, чем коэффициент шума системы, и при значении последнего, равном 15 дБ, в правильно сконструированной и обслуживаемой системе приемлемое значение фидерных потерь могло бы достигать 10 дБ. Экономически грамотным решением, помогающим избежать очень длинного коаксиального кабеля с низкой потерей сигнала, могло бы стать использование для А2 отдельно стоящих антенн.

4 Требования к программному обеспечению

4.1 Расчет шума

Для упрощения определения дальности для передач А2 и NAVTEX, идеально подходит модифицированная форма NOISEDAT, включающая расчет F_am в соответствии с процедурами данной Рекомендации.

4.2 Интермодуляция

Для того чтобы защитить дежурные каналы DSC от вредного влияния помех, вызванных результатами интермодуляции, новая программа идеально соответствует потребности обеспечения проверки частот, назначенных для береговой передающей станции. С ее помощью мы можем убедиться с точностью по крайней мере до 9-го порядка, что интермодуляционные помехи не присутствуют в полосе пропускания дежурных приемников DSC. Данное программное обеспечение должно обеспечивать расчеты для спектра смещений всех используемых ОБП передач.
______________

*Настоящая Рекомендация должна быть доведена до Международной морской организации (ИМО).

жүктеу/скачать 244.12 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: