eng
Выпуск #4/2025
Е. Старовойтов, З. Кондрашов, В. Игнатенко
ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ БОРТОВОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ ВОЗДУШНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПУНКТА НА БАЗЕ БПЛА
ПРОБЛЕМЫ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЫ БОРТОВОЙ РАДИОАППАРАТУРЫ ВОЗДУШНОГО ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПУНКТА НА БАЗЕ БПЛА
Просмотры: 1205
DOI: 10.22184/1992-4178.2025.245.4.96.100
Для телеметрического контроля космических пусков используются воздушные измерительные пункты на базе БПЛА. С помощью аппаратуры связи осуществляется ретрансляция данных контроля на наземный пункт. Оцениваются возможности совместной работы бортовой аппаратуры.
Для телеметрического контроля космических пусков используются воздушные измерительные пункты на базе БПЛА. С помощью аппаратуры связи осуществляется ретрансляция данных контроля на наземный пункт. Оцениваются возможности совместной работы бортовой аппаратуры.
Проблемы совместной работы
бортовой радиоаппаратуры воздушного измерительного пункта на базе БПЛА
Е. Старовойтов, к. т. н.,. Кондрашов, В. Игнатенко
Для телеметрического контроля космических пусков в произвольных географических районах могут использоваться воздушные измерительные пункты на базе беспилотных летательных аппаратов, использующие для приема сигнала фазированные антенные решетки. Вместе с приемом телеметрической информации должна осуществляться ее ретрансляция на наземный пункт с помощью аппаратуры связи. Выполнена оценка возможности совместной работы этих радиосредств, находящихся с разных сторон фюзеляжа беспилотного летательного аппарата.
Обеспечение космической деятельности может быть затруднено отсутствием телеметрического контроля из-за недостаточного количества наземных командно-измерительных пунктов, а также при нахождении зон радиовидимости контролируемых объектов вне территории России. При этом в рамках выполнения национальных программ управление и обмен информацией с космическими аппаратами (КА) и ракетами-носителями не должны осуществляться при участии других государств или с их разрешения.
Для постоянного телеметрического контроля космических пусков и орбитальной группировки России в произвольных или труднодоступных географических районах необходимы мобильные измерительные пункты, перемещающиеся по всей территории страны, а также в нейтральных водах Мирового океана и над ними.
Наиболее перспективными являются воздушные измерительные пункты (ВИП) на базе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа [1] (рис. 1). Из-за небольших размеров фюзеляжа БПЛА на нем не представляется возможной установка крупногабаритных зеркальных антенн (диаметром более 1 м), используемых для приема телеметрической информации на наземных мобильных пунктах [2]. Поэтому оптимальным выглядит использование фазированной антенной решетки (ФАР), установленной в аэродинамическом обтекателе над фюзеляжем [3].
Вместе с приемом телеметрической информации от КА должна осуществляться ее ретрансляция на наземный пункт с помощью аппаратуры связи. Поэтому дополнительной технической проблемой является обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) при совместном функционировании различных радиосредств на борту БПЛА-носителя.
Целью данной работы является анализ ЭМС приемной аппаратуры телеметрических измерений и бортовой системы связи, расположенных с разных сторон фюзеляжа БПЛА.
Особенности функционирования бортовой аппаратуры ВИП
Примерный состав бортовой радиоприемной и радиопередающей аппаратуры, а также ее основные радиотехнические характеристики, приводятся в табл. 1.
Выполнение телеметрических измерений в дециметровом диапазоне длин волн предпочтительно из-за низкого уровня шумов приемной системы, а также небольших размеров приемной антенны. В целях унификации аппаратуры целесообразно использовать преимущественно частотный диапазон Д4 (частоты 2 200...2 300 МГц) [4].
Применение ФАР улучшает помехозащищенность приемной аппаратуры и ее ЭМС с другими радиоэлектронными средствами, а также позволяет отказаться от громоздкого опорно-поворотного устройства, которое будет ухудшать аэродинамические характеристики планера БПЛА-носителя.
Аппаратура связи непрерывно работает на прием и на передачу, обеспечивая взаимодействие с пунктом управления ВИП и ретрансляцию принятой телеметрической информации.
Для приема телеметрической информации с борта КА или ракеты-носителя (контролируемого объекта) необходимы данные от бортовых навигационных датчиков,
в первую очередь, от аппаратуры спутниковой навигации (АСН), а также от автономных навигационных систем (бесплатформенной инерциальной навигационной системы, астронавигационной системы и т.д.). Опыт эксплуатации БПЛА различного назначения показывает, что проблемы ЭМС для АСН с радиолиниями управления и передачи данных принципиально решены. Возможно получение навигационных данных в условиях превышения помехи над полезным сигналом на 30...40 дБ [8].
Обеспечение ЭМС бортовой аппаратуры БПЛА, имеющих небольшие размеры и конструкцию с широким использованием композиционных материалов, усложняется по следующим причинам [9, 10]:
С точки зрения ЭМС, предпочтительным является размещение аппаратуры внутри металлического корпуса, выполняющего функцию экрана от внешних источников излучения, но это приведет к увеличению массы и стоимости БПЛА.
Электрофизические свойства композиционных материалов значительно усложняют задачу обеспечения ЭМС бортового оборудования БПЛА: обычно композиционные материалы являются «полупрозрачными» для электромагнитных волн метрового и дециметрового диа-
пазонов и при этом обладают непроводящей поверхностью [9–11].
Защита от излучения, создающего электромагнитные помехи, распределена между фюзеляжем носителя, экранами жгутов бортовой кабельной сети и корпусами блоков аппаратуры. Дополнительная защита аппаратуры может быть обеспечена за счет использования радиопоглощающих материалов и путем снижения тактовой частоты микропроцессоров до минимальных значений, необходимых для выполнения целевых функций аппаратуры [12].
Оценка влияния экранирования фюзеляжа на уровень помех
Для выполнения целевых задач на борту ВИП должна обеспечиваться совместная работа аппаратуры связи с аппаратурой телеметрических измерений.
Передача принятой телеметрической информации и получение команд управления может осуществляться по прямой радиолинии на наземный пункт управления либо с использованием спутника-ретранслятора на геостационарной орбите [5, 6]. В данной работе рассмотрен только режим с ретрансляцией информации на наземный пункт.
Максимальная дальность связи по прямому радиоканалу определяется выражением
L = √2RЗ·h1 + h12 + √2RЗ·h2 + h22, (1)
где Rз = 6371 км – радиус Земли;
h1 – высота антенны наземного пункта управления;
h2 – высота полета ВИП.
Оценки показывают, что при высоте наземной антенны h1 = 10 м и высоте полета ВИП h2 = 10 км дальность связи может превышать Lсв = 300 км [5, 7]. С учетом того, что ВИП предполагается эксплуатировать в труднодоступных районах, такое техническое решение выглядит приемлемым.
Для обеспечения устойчивой связи с наземным пунктом управления по прямой радиолинии достаточно излучаемой мощности передатчика 2...10 Вт.
В связи с тем, что размещение на БПЛА крупногабаритной остронаправленной антенны затруднительно, для связи с наземным пунктом обычно используется бортовая антенна с круговой диаграммой направленности в азимутальной плоскости (или с широким главным лепестком), установленная в нижней части фюзеляжа [6].
Таким образом, приемная антенна аппаратуры телеметрических измерений и передающая антенна системы связи расположены с разных сторон фюзеляжа (рис. 2).
В этом случае ЭМС будет обеспечиваться при достаточном экранировании за счет ослабления электромагнитного излучения в фюзеляже.
Плотное размещение приемных и передающих антенн на фюзеляже ВИП приводит к тому, что они находятся в пределах промежуточной или дальней зоны излучающих средств, равной r ≥ , (2)
где A – максимальный размер излучающей антенны; f – частота; с = 3·108 м/с – скорость света в вакууме.
Критерием оценки работоспособности аппаратуры может служить вероятность ошибок при приеме радиосигнала с телеметрической информацией. Вероятность символьной ошибки при приеме информации определяется выражением [13]
P(q) = ·e, (3)
x = , (4)
где x > 3; Eb – энергия бита; РШ – мощность шумов приемной системы. Так как отношение Eb/РШ приведено в децибелах, то x = √q. (5)
Для оценки мощности помехи по побочному каналу приема можно использовать выражение [14] PП = , (6)
где РПРД – мощность радиопередающего устройства; kП – коэффициент ослабления излучения в побочном канале; GПРД – коэффициент усиления излучающей антенны в нап-
равлении радиоприемного устройства; GПРМ – коэффициент усиления приемной антенны в направлении передатчика; kф – коэффициент экранирования фюзеляжа.
Отношение сигнал/шум в данном случае будет равно
q = , (7)
где РПС – мощность полезного сигнала.
Для проведения оценки возьмем следующие исходные данные [15]: КА находится на дальности 1 000 км, прием телеметрической информации выполняется в диапазоне Д4 с энергетическим запасом не менее 20 дБ относительно уровня шумов (q ≥ 100), мощность полезного сигнала равна РПС = 8,63·10–14 Вт, а мощность шумов приемной системы составляет РШ = 8,63·10–16 Вт. Прием осуществляется с помощью эквидистантной ФАР, установленной в аэродинамическом обтекателе над фюзеляжем ВИП. Антенное полотно ФАР имеет форму прямоугольника 1 × 2 м (15 × 30 элементов) с эффективной площадью 1,04 м2, диаграммой направленности 3,31° × 6,62°, секторами сканирования по азимуту и углу места 60°.
В бортовой аппаратуре связи используется передатчик с мощностью РПРД = 10 Вт, излучающий в диапазоне частот 2,2...2,5 ГГц, и массив антенн с усилением по направленными в сторону фюзеляжа боковым лепесткам GПРД = –35 дБ.
Далее примем допущение, основанное на следующих предпосылках:
Коэффициент усиления связан с диаграммой направленности соотношением
GПРМ = D·η, (8)
где D – коэффициент направленности ФАР; η – КПД ФАР. Отсюда следует, что в ближней зоне происходит резкое падение коэффициента усиления ФАР.
Принимая во внимание все вышеперечисленное, используем значение GПРМ ~ 1 дБ при оценке величины kф, необходимой для функционирования аппаратуры
с требуемым качеством. Ослабление в побочном канале приема составляет kП ~ минус 75 дБ.
Коэффициент экранирования зависит от частоты и для реальной конструкции в пределах анализируемого диапазона может отклоняться на десятки децибел [12]. Величина экранирования определяется количеством композиционных материалов и металла, геометрией конструкции, а также взаимным расположением передающей и приемной антенн. Для большинства базовых моделей БПЛА-носителей диаметр фюзеляжа составляет 0,3...2,5 м.
Зависимости вероятности ошибки при приеме телеметрического сигнала от коэффициента экранирования фюзеляжа представлены на рис. 3.
Из рисунка видно, что при kф > 60 дБ величина диаметра фюзеляжа уже не имеет значения. Таким образом, использование в конструкции планера материалов с достаточным поглощением позволяет разместить приемные и передающие антенны на фюзеляже небольших размеров.
***
Полученные результаты подтверждают возможность реализации ВИП на базе БПЛА, в котором для приема телеметрической информации используется установленная над фюзеляжем ФАР, а ретрансляция данных на наземный пункт осуществляется посредством кольцевой антенной решетки в нижней части фюзеляжа.
При совместной работе радиосредств ЭМС обеспечивается за счет экранирования: электромагнитное излучение ослабляется в фюзеляже. Из выполненных оценок следует, что при затухании более 60 дБ уже не имеет значения диаметр фюзеляжа БПЛА-носителя.
ВИП могут быть развернуты в произвольном географическом районе для связи и телеметрического контроля КА, а также проведения космических пусков и испытаний ракетно-космической техники на необорудованных трассах. Таким образом, может быть достигнут непрерывный телеметрический контроль отечественных ракетно-космических комплексов, что будет обеспечивать независимость при реализации национальных космических программ и укрепит суверенитет России в космическом пространстве.
ЛИТЕРАТУРА
Поленов Д.Ю., Мороз А.П. О применении беспилотного летательного аппарата для ретрансляции телеметрической информации разгонного блока // Лесной вестник. 2015. № 3. С. 131–136.
Бурков В.Д., Орлов А.Е., Шалаев В.С. Система управления перебазируемым комплексом телеметрических измерений с использованием системы ГЛОНАСС и волоконно-оптических гироскопов // Лесной вестник. 2012. № 6. С. 160–166.
Старовойтов Е.И., Логунов А.А. О возможности создания воздушного измерительного пункта приема телеметрической информации на базе БПЛА // Радиостроение. 2021. № 5. С. 1–22. https://doi.org/ 10.36027/rdeng.0521.0000199.
Колесников Е.П., Райкунов Г.Г., Фортов В.А. Принципы выбора рациональных частот работы и характеристик антенн радиолиний телеметрических систем ракетно-космической техники // Космонавтика и ракетостроение. 2011. № 4 (65). С. 186–197.
Полынкин А.В., Ле Х.Т. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып.7. Ч.2. С. 98–107.
Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П., Ломакин А.А., Егоров А.Т., Гриценко А.А.
Интегрированный комплекс дальней радиосвязи для повышения эффективности решения целевых задач беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 15. № 3. 2019. С. 102–108.
Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 3. Радиоэлектронное подавление систем навигации и радиосвязи // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2. С. 101–175. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10205.
Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: монография. Красноярск. Сиб. федерал. ун-т. 2012. 260 с.
Веденькин Д.А., Седельников Ю.Е., Латышев В.Е. Оценка электромагнитной совместимости
радиотехнического оборудования перспективных беспилотных летательных аппаратов на этапах разработки // Вестник ПГТУ. 2014. № 5(24). С. 57–64.
Веденькин Д.А., Латышев В.Е., Седельников Ю.Е. Оценка коэффициентов связи антенн для задач обеспечения ЭМС бортового РЭО перспективных беспилотных авиационных комплексов // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 12. http: // jre.cplire.ru/jre/dec14/3/text.html.
Веденькин Д.А., Седельников Ю.Е., Насыбуллин А.Р. Оценка характеристик согласования антенн, размещенных на поверхности из композиционного материала // Вестник ПГТУ. 2015. № 1(25). С. 6– 15.
Фаворов Ю. Обеспечение электромагнитной совместимости критических систем вертолетов // Радиоэлектронные технологии. 2018. № 3. С. 41–46.
Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с англ. М. Издательский дом «Вильямс». 2003. 1104 с.
Николаев В.А., Шубин Д.С., Николаев С.В. Оценка качества функционирования систем обеспечения электромагнитной совместимости в составе комплексов радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов // Технологии ЭМС. 2018. № 3 (6). С. 55–62.
Старовойтов Е.И., Логунов А.А., Руссанов В.И. Анализ возможностей наземных испытаний бортовой аппаратуры телеметрических измерений воздушного измерительного пункта на базе БПЛА // Радиостроение. 2021. № 6. С. 27–43.
https://doi.org/10.36027/rdeng.0621.0000203
Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. 2-е изд. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2012. 560 с.
бортовой радиоаппаратуры воздушного измерительного пункта на базе БПЛА
Е. Старовойтов, к. т. н.,. Кондрашов, В. Игнатенко
Для телеметрического контроля космических пусков в произвольных географических районах могут использоваться воздушные измерительные пункты на базе беспилотных летательных аппаратов, использующие для приема сигнала фазированные антенные решетки. Вместе с приемом телеметрической информации должна осуществляться ее ретрансляция на наземный пункт с помощью аппаратуры связи. Выполнена оценка возможности совместной работы этих радиосредств, находящихся с разных сторон фюзеляжа беспилотного летательного аппарата.
Обеспечение космической деятельности может быть затруднено отсутствием телеметрического контроля из-за недостаточного количества наземных командно-измерительных пунктов, а также при нахождении зон радиовидимости контролируемых объектов вне территории России. При этом в рамках выполнения национальных программ управление и обмен информацией с космическими аппаратами (КА) и ракетами-носителями не должны осуществляться при участии других государств или с их разрешения.
Для постоянного телеметрического контроля космических пусков и орбитальной группировки России в произвольных или труднодоступных географических районах необходимы мобильные измерительные пункты, перемещающиеся по всей территории страны, а также в нейтральных водах Мирового океана и над ними.
Наиболее перспективными являются воздушные измерительные пункты (ВИП) на базе беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) самолетного типа [1] (рис. 1). Из-за небольших размеров фюзеляжа БПЛА на нем не представляется возможной установка крупногабаритных зеркальных антенн (диаметром более 1 м), используемых для приема телеметрической информации на наземных мобильных пунктах [2]. Поэтому оптимальным выглядит использование фазированной антенной решетки (ФАР), установленной в аэродинамическом обтекателе над фюзеляжем [3].
Вместе с приемом телеметрической информации от КА должна осуществляться ее ретрансляция на наземный пункт с помощью аппаратуры связи. Поэтому дополнительной технической проблемой является обеспечение электромагнитной совместимости (ЭМС) при совместном функционировании различных радиосредств на борту БПЛА-носителя.
Целью данной работы является анализ ЭМС приемной аппаратуры телеметрических измерений и бортовой системы связи, расположенных с разных сторон фюзеляжа БПЛА.
Особенности функционирования бортовой аппаратуры ВИП
Примерный состав бортовой радиоприемной и радиопередающей аппаратуры, а также ее основные радиотехнические характеристики, приводятся в табл. 1.
Выполнение телеметрических измерений в дециметровом диапазоне длин волн предпочтительно из-за низкого уровня шумов приемной системы, а также небольших размеров приемной антенны. В целях унификации аппаратуры целесообразно использовать преимущественно частотный диапазон Д4 (частоты 2 200...2 300 МГц) [4].
Применение ФАР улучшает помехозащищенность приемной аппаратуры и ее ЭМС с другими радиоэлектронными средствами, а также позволяет отказаться от громоздкого опорно-поворотного устройства, которое будет ухудшать аэродинамические характеристики планера БПЛА-носителя.
Аппаратура связи непрерывно работает на прием и на передачу, обеспечивая взаимодействие с пунктом управления ВИП и ретрансляцию принятой телеметрической информации.
Для приема телеметрической информации с борта КА или ракеты-носителя (контролируемого объекта) необходимы данные от бортовых навигационных датчиков,
в первую очередь, от аппаратуры спутниковой навигации (АСН), а также от автономных навигационных систем (бесплатформенной инерциальной навигационной системы, астронавигационной системы и т.д.). Опыт эксплуатации БПЛА различного назначения показывает, что проблемы ЭМС для АСН с радиолиниями управления и передачи данных принципиально решены. Возможно получение навигационных данных в условиях превышения помехи над полезным сигналом на 30...40 дБ [8].
Обеспечение ЭМС бортовой аппаратуры БПЛА, имеющих небольшие размеры и конструкцию с широким использованием композиционных материалов, усложняется по следующим причинам [9, 10]:
- невозможность размещения антенн на крыльях и хвостовом оперении;
- плотное размещение приемных и передающих антенн на ограниченном участке поверхности фюзеляжа небольших размеров;
- конструкция из композиционных материалов пропускает электромагнитное излучение, в результате чего снижается развязка между антеннами.
С точки зрения ЭМС, предпочтительным является размещение аппаратуры внутри металлического корпуса, выполняющего функцию экрана от внешних источников излучения, но это приведет к увеличению массы и стоимости БПЛА.
Электрофизические свойства композиционных материалов значительно усложняют задачу обеспечения ЭМС бортового оборудования БПЛА: обычно композиционные материалы являются «полупрозрачными» для электромагнитных волн метрового и дециметрового диа-
пазонов и при этом обладают непроводящей поверхностью [9–11].
Защита от излучения, создающего электромагнитные помехи, распределена между фюзеляжем носителя, экранами жгутов бортовой кабельной сети и корпусами блоков аппаратуры. Дополнительная защита аппаратуры может быть обеспечена за счет использования радиопоглощающих материалов и путем снижения тактовой частоты микропроцессоров до минимальных значений, необходимых для выполнения целевых функций аппаратуры [12].
Оценка влияния экранирования фюзеляжа на уровень помех
Для выполнения целевых задач на борту ВИП должна обеспечиваться совместная работа аппаратуры связи с аппаратурой телеметрических измерений.
Передача принятой телеметрической информации и получение команд управления может осуществляться по прямой радиолинии на наземный пункт управления либо с использованием спутника-ретранслятора на геостационарной орбите [5, 6]. В данной работе рассмотрен только режим с ретрансляцией информации на наземный пункт.
Максимальная дальность связи по прямому радиоканалу определяется выражением
L = √2RЗ·h1 + h12 + √2RЗ·h2 + h22, (1)
где Rз = 6371 км – радиус Земли;
h1 – высота антенны наземного пункта управления;
h2 – высота полета ВИП.
Оценки показывают, что при высоте наземной антенны h1 = 10 м и высоте полета ВИП h2 = 10 км дальность связи может превышать Lсв = 300 км [5, 7]. С учетом того, что ВИП предполагается эксплуатировать в труднодоступных районах, такое техническое решение выглядит приемлемым.
Для обеспечения устойчивой связи с наземным пунктом управления по прямой радиолинии достаточно излучаемой мощности передатчика 2...10 Вт.
В связи с тем, что размещение на БПЛА крупногабаритной остронаправленной антенны затруднительно, для связи с наземным пунктом обычно используется бортовая антенна с круговой диаграммой направленности в азимутальной плоскости (или с широким главным лепестком), установленная в нижней части фюзеляжа [6].
Таким образом, приемная антенна аппаратуры телеметрических измерений и передающая антенна системы связи расположены с разных сторон фюзеляжа (рис. 2).
В этом случае ЭМС будет обеспечиваться при достаточном экранировании за счет ослабления электромагнитного излучения в фюзеляже.
Плотное размещение приемных и передающих антенн на фюзеляже ВИП приводит к тому, что они находятся в пределах промежуточной или дальней зоны излучающих средств, равной r ≥ , (2)
где A – максимальный размер излучающей антенны; f – частота; с = 3·108 м/с – скорость света в вакууме.
Критерием оценки работоспособности аппаратуры может служить вероятность ошибок при приеме радиосигнала с телеметрической информацией. Вероятность символьной ошибки при приеме информации определяется выражением [13]
P(q) = ·e, (3)
x = , (4)
где x > 3; Eb – энергия бита; РШ – мощность шумов приемной системы. Так как отношение Eb/РШ приведено в децибелах, то x = √q. (5)
Для оценки мощности помехи по побочному каналу приема можно использовать выражение [14] PП = , (6)
где РПРД – мощность радиопередающего устройства; kП – коэффициент ослабления излучения в побочном канале; GПРД – коэффициент усиления излучающей антенны в нап-
равлении радиоприемного устройства; GПРМ – коэффициент усиления приемной антенны в направлении передатчика; kф – коэффициент экранирования фюзеляжа.
Отношение сигнал/шум в данном случае будет равно
q = , (7)
где РПС – мощность полезного сигнала.
Для проведения оценки возьмем следующие исходные данные [15]: КА находится на дальности 1 000 км, прием телеметрической информации выполняется в диапазоне Д4 с энергетическим запасом не менее 20 дБ относительно уровня шумов (q ≥ 100), мощность полезного сигнала равна РПС = 8,63·10–14 Вт, а мощность шумов приемной системы составляет РШ = 8,63·10–16 Вт. Прием осуществляется с помощью эквидистантной ФАР, установленной в аэродинамическом обтекателе над фюзеляжем ВИП. Антенное полотно ФАР имеет форму прямоугольника 1 × 2 м (15 × 30 элементов) с эффективной площадью 1,04 м2, диаграммой направленности 3,31° × 6,62°, секторами сканирования по азимуту и углу места 60°.
В бортовой аппаратуре связи используется передатчик с мощностью РПРД = 10 Вт, излучающий в диапазоне частот 2,2...2,5 ГГц, и массив антенн с усилением по направленными в сторону фюзеляжа боковым лепесткам GПРД = –35 дБ.
Далее примем допущение, основанное на следующих предпосылках:
- блокирование и супрессирование радиопередающих устройств становятся необходимыми при значении коэффициента усиления приемной антенны по заднему лепестку GЗЛ = 0,01·GПРМ [14];
- при этом в ФАР с низким уровнем боковых лепестков даже при выполнении условия (2) вид диаграммы направленности может не соответствовать дальней зоне, а на меньших расстояниях происходит заполнение так называемых «нулей» и увеличение уровня боковых лепестков при их постепенном слиянии с главным лепестком [16].
Коэффициент усиления связан с диаграммой направленности соотношением
GПРМ = D·η, (8)
где D – коэффициент направленности ФАР; η – КПД ФАР. Отсюда следует, что в ближней зоне происходит резкое падение коэффициента усиления ФАР.
Принимая во внимание все вышеперечисленное, используем значение GПРМ ~ 1 дБ при оценке величины kф, необходимой для функционирования аппаратуры
с требуемым качеством. Ослабление в побочном канале приема составляет kП ~ минус 75 дБ.
Коэффициент экранирования зависит от частоты и для реальной конструкции в пределах анализируемого диапазона может отклоняться на десятки децибел [12]. Величина экранирования определяется количеством композиционных материалов и металла, геометрией конструкции, а также взаимным расположением передающей и приемной антенн. Для большинства базовых моделей БПЛА-носителей диаметр фюзеляжа составляет 0,3...2,5 м.
Зависимости вероятности ошибки при приеме телеметрического сигнала от коэффициента экранирования фюзеляжа представлены на рис. 3.
Из рисунка видно, что при kф > 60 дБ величина диаметра фюзеляжа уже не имеет значения. Таким образом, использование в конструкции планера материалов с достаточным поглощением позволяет разместить приемные и передающие антенны на фюзеляже небольших размеров.
***
Полученные результаты подтверждают возможность реализации ВИП на базе БПЛА, в котором для приема телеметрической информации используется установленная над фюзеляжем ФАР, а ретрансляция данных на наземный пункт осуществляется посредством кольцевой антенной решетки в нижней части фюзеляжа.
При совместной работе радиосредств ЭМС обеспечивается за счет экранирования: электромагнитное излучение ослабляется в фюзеляже. Из выполненных оценок следует, что при затухании более 60 дБ уже не имеет значения диаметр фюзеляжа БПЛА-носителя.
ВИП могут быть развернуты в произвольном географическом районе для связи и телеметрического контроля КА, а также проведения космических пусков и испытаний ракетно-космической техники на необорудованных трассах. Таким образом, может быть достигнут непрерывный телеметрический контроль отечественных ракетно-космических комплексов, что будет обеспечивать независимость при реализации национальных космических программ и укрепит суверенитет России в космическом пространстве.
ЛИТЕРАТУРА
Поленов Д.Ю., Мороз А.П. О применении беспилотного летательного аппарата для ретрансляции телеметрической информации разгонного блока // Лесной вестник. 2015. № 3. С. 131–136.
Бурков В.Д., Орлов А.Е., Шалаев В.С. Система управления перебазируемым комплексом телеметрических измерений с использованием системы ГЛОНАСС и волоконно-оптических гироскопов // Лесной вестник. 2012. № 6. С. 160–166.
Старовойтов Е.И., Логунов А.А. О возможности создания воздушного измерительного пункта приема телеметрической информации на базе БПЛА // Радиостроение. 2021. № 5. С. 1–22. https://doi.org/ 10.36027/rdeng.0521.0000199.
Колесников Е.П., Райкунов Г.Г., Фортов В.А. Принципы выбора рациональных частот работы и характеристик антенн радиолиний телеметрических систем ракетно-космической техники // Космонавтика и ракетостроение. 2011. № 4 (65). С. 186–197.
Полынкин А.В., Ле Х.Т. Исследование характеристик радиоканала связи с беспилотными летательными аппаратами // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып.7. Ч.2. С. 98–107.
Долженков Н.Н., Пантенков Д.Г., Литвиненко В.П., Ломакин А.А., Егоров А.Т., Гриценко А.А.
Интегрированный комплекс дальней радиосвязи для повышения эффективности решения целевых задач беспилотными летательными аппаратами // Вестник Воронежского государственного технического университета. Т. 15. № 3. 2019. С. 102–108.
Макаренко С.И. Анализ средств и способов противодействия беспилотным летательным аппаратам. Ч. 3. Радиоэлектронное подавление систем навигации и радиосвязи // Системы управления, связи и безопасности. 2020. № 2. С. 101–175. DOI: 10.24411/2410-9916-2020-10205.
Тяпкин В.Н., Гарин Е.Н. Методы определения навигационных параметров подвижных средств с использованием спутниковой радионавигационной системы ГЛОНАСС: монография. Красноярск. Сиб. федерал. ун-т. 2012. 260 с.
Веденькин Д.А., Седельников Ю.Е., Латышев В.Е. Оценка электромагнитной совместимости
радиотехнического оборудования перспективных беспилотных летательных аппаратов на этапах разработки // Вестник ПГТУ. 2014. № 5(24). С. 57–64.
Веденькин Д.А., Латышев В.Е., Седельников Ю.Е. Оценка коэффициентов связи антенн для задач обеспечения ЭМС бортового РЭО перспективных беспилотных авиационных комплексов // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 12. http: // jre.cplire.ru/jre/dec14/3/text.html.
Веденькин Д.А., Седельников Ю.Е., Насыбуллин А.Р. Оценка характеристик согласования антенн, размещенных на поверхности из композиционного материала // Вестник ПГТУ. 2015. № 1(25). С. 6– 15.
Фаворов Ю. Обеспечение электромагнитной совместимости критических систем вертолетов // Радиоэлектронные технологии. 2018. № 3. С. 41–46.
Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., перераб. и доп. Пер. с англ. М. Издательский дом «Вильямс». 2003. 1104 с.
Николаев В.А., Шубин Д.С., Николаев С.В. Оценка качества функционирования систем обеспечения электромагнитной совместимости в составе комплексов радиоэлектронного оборудования летательных аппаратов // Технологии ЭМС. 2018. № 3 (6). С. 55–62.
Старовойтов Е.И., Логунов А.А., Руссанов В.И. Анализ возможностей наземных испытаний бортовой аппаратуры телеметрических измерений воздушного измерительного пункта на базе БПЛА // Радиостроение. 2021. № 6. С. 27–43.
https://doi.org/10.36027/rdeng.0621.0000203
Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. 2-е изд. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2012. 560 с.
Отзывы читателей
