Автопортал || Авто - статьи

Сельскохозяйственная техника
Чтение RSS

спосіб забезпечення кв і УКХ радіозв'язку в умовах сильного поглинання радіосигналу

  1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Винахід відноситься до галузі радіозв'язку за допомогою іоносферних радиотрасс. Технічним результатом є створення каналів KB- і УКХ-радіозв'язку в обхід зони сильного поглинання радіосигналу. У пропонованому способі використовується ефект гігантського ракурсного розсіювання випромінюваних KB- і УКВ-радіохвиль на дрібномасштабних неоднорідностях електронної концентрації. Ці неоднорідності створюються в іоносфері за допомогою короткохвильового радіовипромінювання мобільного нагрівний стенду. Винахід відноситься до галузі радіозв'язку за допомогою іоносферних радиотрасс

Винахід відноситься до галузі радіозв'язку за допомогою іоносферних радіоканалів і може бути використано для забезпечення KB- і УКХ-радіозв'язку в тому випадку, коли прийом сигналу виявляється неможливим у зв'язку з тим, що радиотрасс передавач-приймач проходить через зону сильного поглинання радіосигналу, зокрема, це може мати місце в умовах протидії супротивника за допомогою повітряних ядерних вибухів [Фізика ядерного вибуху, т.1, с.593. М., Физматлит 2009].

Відомий спосіб створення штучного плазмового дзеркала з можливістю управління кутом його нахилу щодо Землі (патент на винахід США № 5041834). В даному способі використовується ефект пробою повітря атмосфери під впливом НВЧ-випромінювання, в результаті чого утворюються вільні електрони, які і створюють керований плазмовий шар, що відображає радіохвилі ВЧ-діапазону. Основним недоліком даного способу є те, що вплив здійснюється на повітряне середовище, що не дозволяє створювати відображає шар на висотах більше 60 км.

Відомий спосіб формування хмар штучної іонізації над Землею за допомогою антенних систем (патент на винахід США № 4999637). Даний спосіб може використовуватися для організації заобрійної зв'язку та виявлення повітряних цілей шляхом відображення радіосигналу від обуреної області. Недоліком даного способу є те, що відбиває хмара утворюється на відносно невеликій висоті (до 90 км), що дозволяє здійснювати тільки Загоризонтна радіозв'язок і радіолокацію в ДВ- і СВ-діапазонах радіохвиль.

Відомий спосіб управління поширенням коротких радіохвиль в іоносферному волноводе (патент РФ на винахід № 2413363). Даний спосіб використовується для підвищення надійності далекої КВ-радіозв'язку. Спосіб передбачає використання нагрівний стенду для управління поширенням радіохвиль шляхом модифікації іоносфери і створення всередині іоносферного хвилеводу штучних дрібномасштабних магнітно-орієнтованих неоднорідностей.

Цей спосіб обраний в якості прототипу.

Основним недоліком даного способу є використання іоносферного хвилеводу, стан якого залежить від таких факторів, як: сонячна активність, поточний стан іоносфери вздовж створюваної радиотрасс, стан магнітосфери Землі і т.д. В умовах створення противником зони сильного поглинання радіосигналу за допомогою повітряних ядерних вибухів також відбувається значна зміна концентрації заряджених частинок іоносфери [Фізика ядерного вибуху, т.1, с.642. М., Физматлит, 2009], що призводить до суттєвої деформації іоносферного хвилеводу в даній області і унеможливлює проходження по ньому радіосигналу.

Розв'язувана технічна задача полягає в розробці способу створення каналу KB- і УКХ-радіозв'язку в умовах сильного поглинання сигналу на прямий радиотрасс.

Технічний результат полягає в забезпеченні KB- і УКХ-радіозв'язку в тому випадку, коли орієнтація антени радіоприймальних пристроїв в напрямку передавача виявляється неефективною внаслідок сильного поглинання радіосигналу.

Досягнення технічного результату забезпечується тим, що створюється радиотрасс в обхід зони сильного поглинання радіосигналу. Для цього антена радіоприймального пристрою направляється на іоносферну область штучних неоднорідностей електронної концентрації, розташовану поза зоною сильного поглинання радіосигналу. Область неоднорідностей концентрації електронів формується при нагріванні F-шару іоносфери короткохвильовим радіовипромінюванням стенду [Фролов В.Л., Бахметьева Н.В., Беліковіч В.В. та ін. Модифікація іоносфери Землі потужним короткохвильовим радіовипромінюванням // УФН, 2007, т.177, № 3, с.330-340]. Внаслідок замагніченій іоносферної плазми ці неоднорідності витягнуті уздовж силових лінії геомагнітного поля. Характерний поперечний розмір неоднорідностей становить 7-10 м. Крім цього, неоднорідності об'єднані в групу з поперечним розміром 100-200 м і в великі зони радіусом 1-3 км [Гуревич А.В. Нелінійні явища в іоносфері // УФН, 2007, т.177, № 11, с.1145-1177].

В результаті в іоносфері виникає набір «дзеркал», що призводить до розсіювання радіохвиль, яке називається ракурсного розсіюванням. Як показали проведені експериментальні дослідження, перетин ракурсного розсіювання в діапазоні частот 20-100 МГц вельми значно і досягає 108 м2 [Rao PB, Thome GD Scattering models // Radio Sci., 1974, v.9, № 11, p.985-989 ]. Тому інтенсивність розсіяного сигналу виявляється достатньою для прийому на великих відстанях. Наприклад, при орієнтації антени радіоприймача в м.Санкт-Петербурзі на область штучних неоднорідностей, створену в районі Нижній Новгород за допомогою стенду "Сура", приймалися KB радіосигнали від передавачів в м.Києві та в м.Краснодара [Благовіщенська Н.Ф . Геофізичні ефекти активних впливів в навколоземному космічному просторі, с.54. С-Пб., Гидрометеоиздат, 2001].

Хвильові вектори розсіяних хвиль зосереджені поблизу поверхні конуса з віссю, спрямованої уздовж геомагнітного поля, з кутом розчину, що дорівнює куту між вектором геомагнітного поля Землі і хвильовим вектором падаючої радіохвилі, а вершина цього конуса знаходиться в місці розташування неоднорідностей [Гершман Б.М., Єрухіма Л.М., Яшин Ю.Я. Хвильові явища в іоносфері і космічній плазмі, с.370. М., Наука, 1984]. Тому для заданого розташування радіопередавачів і приймачів розсіюється на іоносферних неоднорідностях сигнали потраплять на антену радіоприймального пристрою, якщо нагрівний стенд знаходиться у відповідній точці земної поверхні, яка визначається з геометрії розглянутої задачі. У зв'язку з цим для практичного застосування запропонованого способу слід використовувати мобільні стенди.

Дрібномасштабні неоднорідності електронної концентрації виникають в F-шарі іоносфери, якщо ефективна випромінювана потужність стенду складає ~ 3-5 МВт [Благовіщенська Н.Ф. Геофізичні ефекти активних впливів в навколоземному космічному просторі, с.48. С-Пб., Гидрометеоиздат, 2001]. Ефективна випромінювана потужність стенду W дорівнює: W = GP, де Р - сумарна потужність радіопередавачів стенду, G - коефіцієнт посилення його антени. Як показують розрахунки, антена з чотирьох схрещених диполів з висотою підвісу диполів ~ 20 м, відстанню між диполями ~ 50 м і довжиною диполя ~ 48 м має на частоті ~ 5 МГц коефіцієнт підсилення G ~ 20. Тому чотирьох радіопередавачів з потужністю ~ 50 кВт кожен буде досить для забезпечення необхідної інтенсивності нагріву іоносфери, тобто технічна реалізація мобільного нагрівний стенду не викликає сумніву і в США вже ведуться роботи зі створення таких стендів.

На підтвердження критерію "промислова придатність" розглянемо приклад здійснення заявляється способу.

На фіг.1 представлений спосіб створення каналу космічної радіозв'язку в обхід зони сильного поглинання радіосигналу за допомогою ефекту гігантського ракурсного розсіювання.

На фіг.1:

1 - сигнал зв'язку;

2 - передавальна антена;

3 - космічний апарат;

4 - зона сильного поглинання радіосигналу;

5 - нагрівний стенд;

6 - короткохвильове радіовипромінювання нагрівний стенду;

7 - неоднорідності електронної концентрації;

8 - силові лінії магнітного поля Землі;

9 - конус ракурсного розсіювання радіохвиль;

10 - відбитий сигнал зв'язку.

Сигнал космічного зв'язку 1, що випромінюється антеною 2 по прямій радиотрасс передавач-приймач, не може бути зареєстрований на космічному апараті 3, тому що ця радиотрасс проходить через створену противником область підвищеної іонізації 4, яка є зоною сильного поглинання радіосигналу. Для формування нового радіоканалу за допомогою короткохвильового радіовипромінювання 5 нагрівний стенду 6, що знаходиться поза зоною сильного поглинання радіосигналу, створюються неоднорідності електронної концентрації 7, витягнуті уздовж силових ліній магнітного поля Землі 8. Радіосигнал KB- (УКХ) діапазону 1, що випромінюється антеною 2 в напрямку неоднорідностей електронної концентрації 7, розсіюється на неоднорідностях. Місцезнаходження стенду 6 вибрано таким чином, що космічний апарат 3 знаходиться на конусі ракурсного розсіювання 9. Антена радіоприймального пристрою орієнтована в напрямку неоднорідностей електронної концентрації 7, тому розсіяний сигнал 10 приймається на космічному апараті 3, тобто радіозв'язок здійснюється в обхід створюваної противником зони сильного поглинання радіосигналу 4.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Спосіб забезпечення KB і УКВ радіозв'язку в умовах сильного поглинання радіосигналу, що полягає в створенні області неоднорідностей концентрації іоносферних електронів за допомогою нагрівний стенду, який відрізняється тим, що для створення радиотрасс в обхід зони сильного радіопоглощенія неоднорідності електронної концентрації створюють поза зоною сильного поглинання радіосигналу, при цьому місце розташування нагрівний стенду вибирають таким чином, щоб сигнали радіопередавачів KB і УКВ діапазону, що розсіюється на створюваних стендом неодноро дностях електронної концентрації, потрапляли на антену радіоприймального пристрою.