122 СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

Радиотехнические системы (РТС) относятся к информационно-управляющим техническим системам, осуществляющим извлечение, передачу или разрушение информации с помощью радиоволн. Радиоволны, несущие ту или иную информацию, называются радиосигналом. Отличительным признаком радиосистемы является наличие радиоканала (одного или нескольких), состоящего из источника радиоволн, являющихся носителем информации, среды, в которой распространяются радиоволны, и приемника, извлекающего информацию путем соответствующей обработки радиоволн, достигающих его антенны. Характерным признаком радиосистемы является использование радиоволн в качестве носителя информации.

Назначение информации – один из признаков классификации РТС. По этому признаку радиосистемы можно подразделить на системы извлечения, передачи и разрушения информации (радиопротиводействия), а также системы радиоуправления.

К системам извлечения информации относятся радиолокационные и радионавигационные системы, системы радиоастрономии, радионаблюдения поверхности Земли или других планет, радиоразведки радиотехнических средств противника.

Среди систем передачи информации различают системы радиосвязи (одноканальной, многоканальной, радиорелейной или спутниковой связи), телеметрии, передачи команд, радиовещания и телевидения.

Системы разрушения информации (радиопротиводействия) предназначены для радиотехнического противодействия противнику с целью создания условий, в которых работа его радиосистем становится невозможной.

Системы радиоуправления служат для управления работой различных объектов с помощью радиосигналов.

По виду используемых сигналов различают непрерывные, импульсные и цифровые радиосистемы. В непрерывных системах информация отображается изменением параметров (амплитуды, частоты, фазы) непрерывного, обычно гармонического сигнала). В импульсных системах сигнал представляет собой последовательность радиоимпульсов, в которой информацию несут изменяющиеся параметры как отдельных импульсов (амплитуда, частота, фаза длительность), так и всей последовательности (число импульсов в последовательности, интервал между ними). В цифровых системах передаваемый сигнал предварительно квантуется по времени и уровню и преобразуется в цифровой код. Цифровые системы легко сопрягаются с ЭВМ.

В радиосистемах различного назначения используется практически весь диапазон радиоволн от мириаметровых (длина волны l=10 ¸ 100 км) до миллиметровых (l=1 ¸ 10 мм). Лазерные системы, тесно примыкающие по принципу действия и назначению к радиотехническим, работают в инфракрасном и видимом диапазонах электромагнитных волн. Таким образом, применяется почти весь спектр электромагнитных колебаний.

При создании системы стремятся получить наилучшие характеристики для определенных условий ее работы. Оценку качества работы системы производят по ее основным тактико-техническим характеристикам – зоне действия, точности и достоверности, разрешающей способности, пропускной способности или быстродействию, помехозащищенности, надежности.

Основные параметры РТС имеют вероятностный (статистический) характер, что связано с вероятностным (случайным) характером радиосигналов, на которые в процессе формирования, распространения и обработки влияют многочисленные случайные факторы. Это приводит к необходимости статистического подхода к синтезу и анализу РТС. В настоящее время разработчики радиотехнических систем и комплексов обязательно используют методы статистической теории радиосистем, изложению которой посвящено данное учебное пособие.

 

1. Сигналы и помехи в РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

1.1. Структурная схема радиотехнической системы

 


В общем виде структурная схема любой радиотехнической системы имеет вид, показанный на рис. 1.1.

Преобразование сообщение-волна может осуществляться отправителем осознанно. Например, в системах передачи информации (в частности, в вещании) это делается с помощью передающего устройства, состоящего из модулятора и передатчика.

Сообщение может «управлять» параметрами радиоволн помимо воли отправителя – например, в радиолокации, где координаты лоцируемой цели автоматически преобразуются во время запаздывания и направление прихода отраженных от нее радиоволн.

На приемной стороне обратное преобразование волна-сообщение придает принятой информации требуемую получателю форму. Преобразователь волна-сообщение обычно состоит из антенной системы, приемника, демодулятора и т. п.

На  преобразователь  волна-сообщение  реальной  РТС  воздействуют

помехи различной природы (внешние и внутренние). В канале распространения передаваемые электромагнитные колебания искажаются внешними помехами (активными и пассивными). К активным помехам относятся: атмосферные (грозовые разряды); индустриальные (от различных электроустановок); межсистемные, создаваемые посторонними радиосредствами; преднамеренные, умышленно излучаемые с целью противодействия. К пассивным помехам относятся мешающие отражения в радиолокации: от поверхности суши или моря, местных предметов, гидрометеоров (дождь, град, снег); оптически ненаблюдаемых объектов (так называемые «ангел-эхо»). Внутренние помехи представляют собой шумы антенно-фидерного тракта и собственные шумы приемника.

Для борьбы с помехами используются разнообразные и эффективные меры (разработка малошумящей приемоусилительной техники, совершенствование мероприятий по регламентации радиосвязи и электромагнитной совместимости и пр.). Однако требования к качеству извлечения и передачи информации в РТС растут опережающими темпами. Атмосферные помехи вообще неподвластны ни создателям РТС, ни регламентирующим органам. Поэтому первоочередной заботой разработчика любой РТС является достижение необходимой помехоустойчивости, т. е. достаточного иммунитета в отношении тех или иных помех. Далее будут изучаться важнейшие количественные показатели помехоустойчивости.

 

1.2. Поля, сигналы, помехи

 

Перенос информации в РТС осуществляют сигналы в виде радиоволн или электромагнитного поля. Электромагнитное поле описывается скалярной (напряженностью) или векторной (при учете поляризационных эффектов) функциями времени и пространственных координат. Сигнал в РТС является пространственно-временным, задаваемым зависимостью s(t,r), где t – время, r – радиус-вектор рассматриваемой точки трехмерного пространства. Помеха представляет собой некоторое вредное поле x(t,r), взаимодействующее с сигналом s(t,r). В результате взаимодействия сигнала и помехи  возникает новое поле: , где F[×, ×] – оператор, описывающий закон взаимодействия сигнала и помехи, которые могут суммироваться, скалярно или векторно перемножаться и т. д. Если помеха суммируется с сигналом, то она называется аддитивной, если перемножается, то – мультипликативной. Большинство помех являются аддитивными. Пример мультипликативной помехи – замирание сигнала за счет неоднородности среды распространения радиоволн. Наблюдатель, т. е. приемная сторона, воспринимает именно результирующее поле y(t,r).

Помеха разрушает однозначную связь поля с переносимым им сообщением, так что у приемной стороны  могут возникнуть  сомнения в досто-

верности получаемых ею сведений. Статистическая теория РТС как раз и призвана вооружить специалиста умением строить систему так, чтобы максимизировать помехоустойчивость РТС, по возможности защитив информацию от искажения помехами. Статистическая теория РТС позволяет наилучшим образом использовать как пространственные, так и временные свойства сигналов и помех. Обычно обработку полей во времени и пространстве разделяют. Пространственные свойства учитываются при построении передающих и приемных антенн (например, фазированных антенных решеток).

В дальнейшем рассматриваются временные зависимости s(t), x(t) и y(t), причем . Теперь на приемной стороне наблюдатель имеет смесь y(t), в которую «вложено» передаваемое сообщение. Задача теории – научить наблюдателя оптимально, т. е. с наивысшей достоверностью извлекать информацию, вложенную в сигнал, содержащийся в y(t). Под извлечением информации понимают такие процедуры, как обнаружение сигналов (в радиолокации), различение сигналов (в радиосвязи), оценивание параметров сигналов (в радиолокации и радиосвязи), разрешение сигналов (в радиолокации).

 



 
видов водосточных систем. домофонами которые представляют собой панель