Статья: Экспериментальная методика и результаты оценки временной устойчивости уровня помех в ультракоротковолновом диапазоне до 2 гигагерц

Экспериментальная методика и результаты оценки временной устойчивости уровня помех в ультракоротковолновом диапазоне до 2 гигагерц

А.В. Акишин, А.А. Бречко, Ю.И. Стародубцев

Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного (Военная академия связи), г. Санкт-Петербург, Россия

Аннотация

В настоящее время существует необходимость мониторинга ультракоротковолнового диапазона. В работе были получены данные об уровне помех в части ультракоротковолнового диапазона, а также применена методика по анализу результатов с целью выявления диапазонов с различными свойствами устойчивости в зависимости от времени.

Ключевые слова: ультракоротковолновой диапазон, помеховая обстановка, коэффициент сходства, Рассел-Рао, программно-определяемое радиоприемное устройство.

Abstract

Experimental methodology and results of evaluating the standby stability of the noise level in the ultra-wave range up to 2 ghz

A.V. Akishin, A.A. Brechko, U.I. Starodubtsev

Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.М. Budennogo (Military Communication Academy), St. Petersburg, Russia

At present, there is a need to monitor the ultrashort wave range. In the work, data on the level of interference in the part of the ultrashort wave range were obtained, and a technique was used to analyze the results in order to identify ranges with different stability properties as a function of time.

Keywords: ultrashort-wave range, interference situation, similarity coefficient, Russell-Rao, software-defined radio receiver

В настоящее время постоянно увеличивается число источников электромагнитных сигналов, которыми являются самые разнообразные технические средства, различные системы коммуникаций, промышленные установки и совокупность этих сигналов предопределяет уровень помех. Особенно интенсивно увеличивается использование ультракоротковолнового диапазона. В тоже время в известных источниках практически отсутствует информация, характеризующая уровень помех и описание закономерностей его изменения под воздействием различных факторов.

В решении задачи по оценки параметров характеризующих помеховую обстановке в ультракоротковолновом (далее - УКВ) диапазоне, ранее была осуществлена оценка уровня помех УКВ диапазона [1] и получены количественные значения математического ожидания и дисперсии уровня помех. Также была произведена оценка изменения уровня помех на соседних полосах частот [2].

Практический интерес представляет задача по определению временных интервалов устойчивости уровня помех в ультракоротковолновом диапазоне. Решать такую задачу целесообразнее с помощью натурного эксперимента, с применением программно-аппаратного комплекса, основным элементом которого является программно-определяемое радиоприемного устройство.

Экспериментальная методика реализована следующим образом:

- в течении суток производится измерение в диапазоне от 30 до 2000 МГц с фиксацией результатов через 1 час;

- с результатами первого измерения производится вычисления коэффициента сходства K_сх в течении суток для каждой частоты результаты, полученные в исходный момент времени, сопоставляются с аналогичными результатами, полученными с периодичностью 1 час;

В качестве показателя использован модифицированный коэффициент сходства К_сх Рассела-Рао. (1):

(1)

где N - количество сравниваемых значений уровня помех;

k_i - коэффициент сопоставления вычисляется по выражению

,(2)

радиоприемный ультракоротковолновый диапазон помеха

где l_max = x`, если значение x(i)> x<sup>`</sup>, в противном случае l_max = x(i);

l_min = x(i), если значение x(i)> x^{`</sup>, в противном случае l<sub>min</sub> = x<sup>`}.

Решение этой задачи может существенно сократить число необходимых измерений в процессе организации и обеспечения связи. Кроме того, результаты исследования могут быть полезны для обоснования выбора полосы частот для средств использующих широкополосную связи с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты.

Для проведения эксперимента по исследованию уровня помех в диапазоне 30-2000 МГц с шагом 1 МГц, полоса пропускания 20 кГц с шагом через 1 кГц по 10 раз с нахождением и фиксацией среднего значения, каждый час (итого за сутки 24 измерения на каждой частоте), производился замер уровня помех в дБ относительно 1 мВ, на каждой частоте. (всего около 50 тысяч измерений). Все результаты измерений занесены таблицу.

Технические параметры аппаратуры позволяют осуществлять измерения в заданной полосе от 30 МГц до 2 ГГц каждый час.

Пример формы фиксации результатов измерений уровней помех представлен в таблице 1.

Таблица 1. Форма фиксации результатов измерений уровней помех.

В результате измерения были получены 24 реализации реальных данных об уровне помех через каждый час в заданном месте, на каждой полосе частот.

Пример заполнения рассчитанных коэффициентов сходства представлен в таблице 2.

Таблица 2. Результаты расчета коэффициентов сходства уровней помех во времени.

Результаты, отраженные в таблице 2, для лучшего восприятия представлены в визуальной форме на рисунке 1.

Рис. 1. График значений коэффициента сходства уровня помех в течении суток.

Анализ полученных результатов

После расчета коэффициентов сходства как функции времени - К_сх=f(t) появляется возможность определения интервала квазистационарности уровня помех для исследуемой частоты.

Для реализации такого подхода необходимо задаться пороговым уровнем е, который выбирается исходя из практически решаемых задач. В рамках работы пороговый уровень выбран на уровне е =0,01. Это позволяет сформировать на суточном интервале времени последовательность частных интервалов времени с заданным уровнем стационарности.

Частные интервалы t_i формируются на основе данных, фрагмент которых представлен на рисунке 1.

Среднее время квазистационарности уровня помех определяется по формуле:

(3)

Численные значения элементарного интервала стационарности коэффициента сходства определяется по графику (Рис. 2)

K - количество временных интервалов, на концах которых коэффициент сходства различается больше, чем на заданную величину.

(4)

Установлено, что стабильность уровней помех в исследуемом диапазоне принадлежит интервалу от 0 до 24 часов. Минимальное значение среднего времени квазистационарного характерного для начала исследуемого диапазона находится в пределах от 30 до 1000 МГц, а максимальное для поддиапазона частот в пределах от 1000 - 1600 МГц.

В дальнейших исследованиях целесообразно продолжить исследование, путем увеличения времени наблюдения.

Литература

1. Акишин А.В., Алашеев В.В., Стародубцев П.Ю. Экспериментальная методика и результаты оценки уровня помех в ультракоротковолновом диапазоне. // Международная научно-техническая и научно-методическая конференция, Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании, 2018, Т. 1, № 7. - С. 151-156.

2. Акишин А.В., Алашеев В.В., Стародубцев Ю.И. Экспериментальная методика и результаты оценки стационарности уровня помех в ультракоротковолновом диапазоне. // Научно-практическая конференция, Проблемы технического обеспечения войск в современных условиях, 2018, Т. 1, № 3. - С. 174-179.

References

1. Akishin A.V., Alasheev V.V., Starodubtsev P.U. Experimental technique and results of interference level estimation in the ultrashort wave range. // International scientific-technical and scientific-methodical conference. Actual problems of information telecommunications in science and education, 2018, Vol. 1, No. 7. - Pp. 151-156.

2. Akishin A.V., Alasheev V.V., Starodubtsev U.I. Experimental technique and results of stationarity estimation of interference level in ultrashort wave range. // Scientific and practical conference, Problems of technical support of troops in modern conditions, 2018, Vol. 1, No. 3. - Pp. 174-179.