Тема: Анализ частотных характеристик метеорного радиоканала

Метеорная связь предназначена для специфических, экстремальных условий и чрезвычайных ситуаций, в которых менее устойчиво работают многие системы связи. Например, для работы в труднодоступных и приполярных районах.
Одним из перспективных направлений прикладного применения метеорного распространения радиоволн является создание систем метеорной синхронизации разнесенных шкал времени, потенциально обеспечивающих субнаносекундную точность синхронизации. В последнее время появились новые методы защиты информации, передаваемой через метеорный канал. В частности, можно отметить методы метеорной генерации и распределения секретных ключей шифрования.
Полоса пропускания канала очень важна при разработке когерентных многочастотных систем метеорной связи и синхронизации, а организация параллельных каналов может в несколько раз повысить быстродействие систем метеорной криптографии. Однако частотно-избирательные свойства канала связи ограничивают максимальный разнос частот и обуславливают искажения частотных характеристик метеорных радиоотражений, что ограничивает достижимую точность систем метеорной синхронизации. Для обеспечения успешного функционирования указанных метеорных систем и предсказания степени искажения формы синхросигнала при распространении необходимо исследовать амплитудно-частотную (АЧХ), фазово-частотную характеристику (ФЧХ) и оценить полосу пропускания метеорного канала.
Целью данной работы является:
Оценка влияния различных физических факторов на ограничение полосы пропускания метеорного радиоканала.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Выполнить предварительный анализ и выявить основные физические факторы, определяющие частотные свойства метеорного радиоканала;
2) Выполнить цикл имитационных экспериментов по моделированию АЧХ и ФЧХ канала для метеорных радиолиний различной протяженности;
3) Выполнить сравнительный анализ значимости различных физических факторов, определяющих частотные свойства канала;
4) Исследовать влияние протяжённости радиолинии и времени организации сеанса связи на полосу пропускания канала;
5) Сопоставить частотные характеристики каналов, создаваемых различными типами метеорных радиоотражений;
6) Исследовать динамику частотных свойств канала в течение радиоотражения.
Настоящая работа состоит из трёх глав. В первой главе рассматриваются основные сведения о физических механизмах образования и ионизации метеорных следов, об основных факторах, определяющих частотные свойства метеорного радиоканала. Во второй главе представлено описание моделирования метеорного радиоканала, методики исследования и программы, реализующей обработку частотных характеристик метеорных радиоотражений. В третьей главе представлены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы. В заключении представлены основные выводы по работе.
Купить

В рамках настоящей магистерской работы оценивалось влияние различных физических факторов на частотные характеристики метеорного радиоканала. Выполненные оценки показали, что сильнее всего полоса пропускания метеорного канала сокращается из-за частотно-селективных замираний, обусловленных дисперсионными свойствами среды распространения сигнала. Были выявлены закономерности изменения частотных характеристик в зависимости от протяженности радиолинии, типа радиоотражения и стадии существования метеорного следа.
В частности, в ходе выполнения работы были получены следующие результаты:
1) Выявлено, что основными физическими факторами, определяющими частотные свойства метеорного радиоканала являются частотные свойства антенн, среды распространения и линейные размеры ионизированного метеорного следа;
2) Выполнен цикл из 24 имитационных экспериментов по моделированию АЧХ и ФЧХ канала для трех радиолиний различной протяженности (Москва-Нижний Новгород - длина 401,8км, Москва-Казань - 719,8км, Москва-Екатеринбург - 1415,4 км). Суммарный объем сгенерированных в ходе моделирования метеоров более 240000.
3) Было установлено, что наибольшее влияние на частотные свойства канала связи оказывает среда распространения. Её дисперсия сокращает полосу пропускания метеорного радиоканала в среднем на 3,5 МГц, что составляет 32 % от ее типичной величины;
4) Было выявлено, что полоса пропускания канала растет с повышением энергетического потенциала радиолинии. В связи с этим наблюдается тенденция к усилению частотно-избирательных свойств с увеличением протяженности радиолинии. Максимальная полоса пропускания самой короткой (Москва - Нижний Новгород) тестовой линии на 14% превосходила полосу пропускания самой длинной (Москва - Екатеринбург). В течение суток полоса пропускания радиоканала претерпевает изменения. В вечерние часы она сокращается на 17%;
5) Проанализированы частотные характеристики каналов, создаваемых различными типами метеорных радиоотражений. Минимальной полосой пропускания обладают метеорные следы с федингованием сигнала. Их полоса пропускания в среднем до 53% меньше, чем у типичных. Установлено, что переуплотненные следы обеспечивают в 1,7 раз более широкую полосу пропускания, чем недоуплотненные;
6) Исследование динамики частотных свойств канала в течение радиоотражения показало, что к концу радиоотражения частотноизбирательные свойства канала усиливаются и полоса пропускания сокращается на 37,5%;
7) С учётом всех частотных факторов, типичная полоса пропускания метеорного канала составляет от 4 до 9 МГц, что ограничивает точность синхронизации и препятствует организации большого количества параллельных каналов для систем метеорной генерации случайных последовательностей.

Купить