Лекция: Особенности использования линий радиосвязи в различных диапазонах радиоволн
С о д е р ж а н и е
Учебные вопросы:
1. Классификация радиоволн по диапазонам.
2. Влияние окружающей среды на распространение радиоволн.
3. Особенности радиосвязи в диапазонах СДВ, СНЧ, ДВ.
4. Особенности применения для связи КВ и СВ диапазонов радиоволн.
5. Особенности радиосвязи в диапазоне УКВ.
Дата добавления на сайт: 18 мая 2025
Л Е К Ц И Я
Тема: Особенности использования линий радиосвязи
в различных диапазонах радиоволн.
С о д е р ж а н и е
Учебные вопросы:
1. Классификация радиоволн по диапазонам.
2. Влияние окружающей среды на распространение радиоволн.
3. Особенности радиосвязи в диапазонах СДВ, СНЧ, ДВ.
4. Особенности применения для связи КВ и СВ диапазонов радиоволн.
5. Особенности радиосвязи в диапазоне УКВ.
Введение
Во введении дается общая характеристика темы учебной дисциплины, показывается роль и место темы в системе других тем, кратко раскрывается ее структура и содержание, дается характеристика учебной литературы, рекомендуемой для изучения темы, доводится организация учебной работы по теме дисциплины (в том числе порядок проведения текущего и итогового контроля).
Радиоволны находят в настоящее время широкое применение во многих областях радиосвязи, радиолокации, радионавигации, радиоразведки, радиоастрономии. В военно-морском флоте любой страны радиосвязь играет исключительно важную роль. Она является единственным средством управления подвижными объектами ВМФ – надводными кораблями и подводными лодками.
Качество радиосвязи в большой степени зависит от того, насколько правильно спроектирована и используется линия радиосвязи в соответствующих условиях. Надежная работа радиолинии обусловлена, с одной стороны, исправным состоянием радиопередающего и радиоприемного устройств, а с другой стороны, что не менее важно, трактом распространения радиоволн и правильным выбором рабочей частоты.
Одним из основных условий обеспечения надежной радиосвязи в ВМФ, особенно с кораблями в удаленных районах Мирового океана, является четкое планирование использования радиочастот, а также оперативное прогнозирование и своевременная их смена в процессе обеспечения связи.
В настоящее время система связи ВМФ состоит из континентальной части в виде береговых территориально-разнесенных стационарных и мобильных узлов и центров радио- и космической связи и морской – в виде комплексов и средств связи, установленных на подводных лодках, надводных кораблях и летательных аппаратах.
В ближайшие годы система связи ВМФ сохранит существующую структуру с приоритетной ролью каналов радиосвязи не только в составе морской компоненты, но и в составе континентальной, в силу необходимости создания в ходе геополитических преобразований региональных группировок разнородных сил на флотах; а также с комплексным использованием каналов различных диапазонов частот для связи с силами ВМФ, находящимися в различных физических средах, путем формирования объемных направлений связи с применением средств канальных ресурсов, размещаемых в наземном, воздушном, космическом и подводном эшелонах системы связи ВМФ.
Настоящая лекция посвящена описанию особенностей распространения радиоволн различных диапазонов частот и особенностей применения линий радиосвязи данных диапазонов волн (СНЧ, СДВ, ДВ, СВ, КВ, УКВ).
Особое внимание в лекции будет отведено определениям и терминам, владение которыми позволит связистам флотов эффективно использовать возможности системы связи ВМФ при обеспечении управления силами.
1. Классификация радиоволн по диапазонам.
Радиосвязь является основным, а иногда и единственным, родом связи для управления кораблями в море. При грамотном и умелом использовании средств радиосвязи можно обеспечить надежное и непрерывное управление силами флота в любых условиях обстановки.
Достоинства радиосвязи (радиосвязь позволяет):
возможность связи с подвижными объектами (корабли, самолеты);
осуществление связи с объектами, находящимися на любых удалениях;
возможность установления связи с объектами, местоположение которых неизвестно;
осуществление связи между объектами, находящимися в различных физических средах (в воздухе, на поверхности, в воде и земле);
возможность передачи информации одновременно неограниченному числу корреспондентов.
Недостатки радиосвязи:
возможность определения противником местонахождения работающей радиостанции (низкая скрытность связи);
возможность обнаружения и перехвата противником передач и переговоров;
возможность создания противником преднамеренных помех;
зависимость радиосвязи от условий прохождения радиоволн и от уровня атмосферных и индустриальных помех в пункте приема;
наличие взаимных помех работающих радиостанций;
влияние на радиосвязь высотных ядерных взрывов.
Тактические свойства (достоинства и недостатки) радиосвязи во многом определяются диапазоном используемых радиоволн (частот).
Длина радиоволн измеряется в километрах, метрах, сантиметрах.
Частота радиоволн измеряется в Герцах. Один Герц (Гц) соответствует одному периоду колебания в секунду.
К радиоволнам относятся электромагнитные колебания в пределах от 3 Гц до 3 ТГц (1 ТГц = 10 12 Гц).
В соответствии с международным регламентом радиосвязи (Регламентом радиосвязи Международного Союза электросвязи) этот участок разбит на 12 диапазонов (которые имеют свои особенности распространения).
Разбивка радиоволн на диапазоны произведена по формуле (0,3–3) · 10 n Гц, где n = 1, 2, ..., 12 – номер диапазона.
Определение длины волны производится по формуле пересчета: λ = 300 / F, где λ – длина волны в метрах, F – частота в МГц (1 МГц = 10 6 Гц).
Классификация радиоволн по диапазонам
| Номер | Диапазон | Частоты | Длины волн | Наименование |
| 1 | 3–30 Гц | 100 000–10 000 км | декамегаметровые | |
| 2 | СНЧ | 30–300 Гц | 10 000–1000 км | мегаметровые |
| 3 | 0,3–3 кГц | 1000–100 км | гектокилометровые | |
| 4 | СДВ | 3–30 кГц | 100–10 км | мириаметровые |
| 5 | ДВ | 30–300 кГц | 10–1 км | километровые |
| 6 | СВ | 0,3–3 МГц | 1000–100 м | гектометровые |
| 7 | КВ | 3–30 МГц | 100–10 м | декаметровые |
| 8 | УКВ | 30–300 МГц | 10–1 м | метровые |
| 9 | ДМВ | 0,3–3 ГГц | 1–0,1 м | дециметровые |
| 10 | СМВ | 3–30 ГГц | 0,1–0,01 м | сантиметровые |
| 11 | ММВ | 30–300 ГГц | 0,01–0,001 м | миллиметровые |
| 12 | ДММВ | 0,3–3 ТГц | 0,001–0,0001 м | децимиллиметровые |
| Номер диапазона | Частоты | Длины волн, м | Наименование диапазона по международной классификации | Наименование диапазона, используемого в практике радиосвязи |
| 1 | 3...30 Гц | 108 ... 107 | Крайне низкие частоты (КНЧ) | - |
| 2 | 30...300 Гц | 107 ... 106 | Сверхнизкие частоты (СНЧ) | Сверхнизкочастотный (СНЧ) |
| 3 | 0,3...3 кГц | 106 ... 105 | Инфранизкие частоты (ИНЧ) | - |
| 4 | 3...30 кГц | 105 ... 104 | Очень низкие частоты (ОНЧ) | Сверхдлинноволновый (СДВ) |
| 5 | 30...300 кГц | 104 ... 103 | Низкие частоты (НЧ) | Длинноволновый (ДВ) |
| 6 | 0,3...3 МГц | 103 ... 102 | Средние частоты (СЧ) | Средневолновый (СВ) |
| 7 | 3...30 МГц | 102 ... 10 | Высокие частоты (ВЧ) | Коротковолновый (КВ) |
| 8 | 30...300 МГц | 10 ... 1 | Очень высокие частоты (ОВЧ) | Ультракоротковолновый (УКВ–МВ) |
| 9 | 0,3...3 ГГц | 1 ... 10-1 | Ультравысокие частоты (УВЧ) | Ультракоротковолновый (УКВ–ДМВ) |
| 10 | 3...30 ГГц | 10-1 ... 10-2 | Сверхвысокие частоты (СВЧ) | Ультракоротковолновый (УКВ–ММВ) |
| 11 | 30...300 ГГц | 10-2 ... 10-3 | Крайне высокие частоты (КВЧ) | - |
| 12 | 0,3...3 ТГц | 10-3 ... 10-4 | Гипервысокие частоты (ГВЧ) | - |
| СДВ | ДВ | СВ | КВ | МВ | ДМВ | СМВ | ||
| 100 км | 10 км | 1 км | 100 м | 10 м | 1 м | 10 см | 1 см | |
| │ | │ | │ | │ | │ | │ | │ | │ | |
| 3 кГц | 30 кГц | 300 кГц | 3 МГц | 30 МГц | 300 МГц | 3 ГГц | 30 ГГц | |
| СНЧ 0.1 – 1.5 кГц | |||||||||||||||
| СДВ 3 – 100 кГц | |||||||||||||||
| РПУ | ДВ | 30-180 кГц | |||||||||||||
| СВ | 60 кГц – 2 МГц | ||||||||||||||
| КВ | 1.5 – 30 (60) МГц | ||||||||||||||
| СДВ | 12 – 60 кГц | ||||||||||||||
| РПДУ | СВ | 60 кГц – 1.5 МГц | |||||||||||||
| КВ | 1.5 – 30 МГц | ||||||||||||||
| р/ст | Р-608 | 3.6 – 22.4 МГц | |||||||||||||
| Р-159 | 30 – 76 МГц | ||||||||||||||
| Р-625 | 100-150, 220-400 МГц | ||||||||||||||
| Р-612 | 100-150, 150-174, 220-400 МГц | ||||||||||||||
| АРБ | КОСПАС | 121.5 | 406 | ||||||||||||
| ИНМАРСАТ | 1.5 | ||||||||||||||
| ТВ | МВ | 48.5 – 230 МГц | |||||||||||||
| ДМВ | 470 – 790 МГц | ||||||||||||||
| 11 к | 221.75 | ||||||||||||||
| Радио | FM low | 65 – 74 МГц | |||||||||||||
| FM high | 88 – 108 МГц |
2. Влияние окружающей среды на распространение радиоволн.
Основное влияние на распространение радиоволн (РРВ) оказывают земная поверхность (в том числе морская), ионосфера и тропосфера (нижняя часть атмосферы).
Земля является полупроводящей средой, поглощающей электромагнитную энергию. Это приводит к потере напряженности поля земной волны. Чем больше длина волны, тем меньше потери и больше напряженность поля земной волны. Выпуклость Земли является естественным препятствием на пути прямолинейно распространяющейся РВ. Земная поверхность отражает электромагнитную энергию, что позволяет РВ распространяться на большие расстояния за счет последовательного отражения от ионосферы и земли.
Большое значение для связи с подводными лодками имеет способность радиоволн проникать на глубину. Чем больше длина волны, тем на большей глубине может быть обеспечена связь с плпл (таблица). При составлении таблицы принималось значение напряженности поля на поверхности, равное единице.
Ослабление напряженности поля сигнала
| Слой воды, м | Величина ослабления сигнала для различных рабочих частот | ||||
| 100 Гц | 1000 Гц | 15 кГц | 300 кГц | 3 МГц | |
| 1 | 0,96 | 0,88 | 0,67 | 0,11 | 110-3 |
| 5 | 0,82 | 0,53 | 0,08 | 210-5 | 210-14 |
| 10 | 0,67 | 0,28 | 0,008 | - | - |
| 50 | 0,14 | 0,018 | - | - | - |
Атмосферу Земли представляет газовая оболочка, которая простирается от поверхности Земли на расстояние, равное 8–12 ее радиусам, т.е. 50–75 тысяч км. Атмосфера постоянно поглощает энергию Солнца в виде его излучения, заряженных частиц и тепла, поступающих от нагретой Солнцем Земли. По распределению температуры атмосферы ее принято делить на несколько областей.
Тропосфера – самая нижняя область, примыкающая непосредственно к Земле до высот 135 км. В ней основным источником тепла является нагретая Солнцем Земля.
Стратосфера – область атмосферы до высот 45–60 км. Здесь содержится несколько повышенная концентрация озона, и за счет поглощения им ультрафиолетового излучения Солнца на этой высоте наблюдается рост температуры.
Ионосфера – это область верхней атмосферы, где присутствуют заряженные частицы (электроны и ионы).
Заряженные частицы появляются в результате ионизации нейтральных газов солнечным излучением, т.е. расщепления атомов на положительные ионы и отрицательные электроны. В результате этого образуются довольно устойчивые области, условно называемые слоями с повышенной ионизацией. Степень ионизации слоев характеризуется электронной ионизацией.
Электронная ионизация – число свободных электронов в 1 см3.
Наличие нескольких слоев ионизации обуславливается неоднородностью ионосферы. Количество слоев, уровень их ионизации и высота зависят от солнечной активности, сезона года, времени суток и ряда других причин. Ионизированные слои вызывают преломление, отражение и поглощение электромагнитной энергии. Отражение электромагнитной энергии приводит к возможности связи на большие расстояния для тех длин волн, которые не могут распространяться как земные за счет явления дифракции.
Днем, когда на атмосферу воздействует солнечная энергия, наблюдаются ионизированные слои D, E, F1, F2, различающиеся высотами и плотностью ионизации.
На высоте 60–80 км расположен слой D, наиболее сильно поглощающий СВ и КВ радиоволны и хорошо отражающий радиоволны длиннее 5000 метров. В летнее время ночью, а зимой круглосуточно слой D отсутствует.
На высоте 100–200 км находится слой Е, в котором плотность ионизации значительно выше. От этого слоя в дневное время отражаются КВ радиоволны, а в ночное, из-за падения плотности ионизации, только СВ радиоволны.
На высоте 180–240 км расположен слой F1, плотность ионизации которого выше, чем плотность ионизации слоя Е. В некоторые годы зимой этот слой отсутствует. В ночное время он сливается вместе со слоем F2.
На высоте 250–450 км расположен слой F2. Это основной слой, обеспечивающий связь ионосферной (пространственной) волной в КВ диапазоне. Плотность ионизации этого слоя самая высокая. Однако как плотность ионизации, так и высота расположения слоя F2 непостоянны и подвержены регулярным и случайным изменениям. Эти изменения приводят к тому, что в разное время номиналы частот, хорошо отражающихся от слоя F2 и не претерпевающих значительных поглощений в других слоях, постоянно меняются.
Тропосфера оказывает существенное влияние только на распространение радиоволн УКВ диапазона. Влияние тропосферы выражается в искривлении траектории волны за счет неоднородности ее параметров. Рефракция – явление, характеризующее степень искривления траектории волны тропосферой.
Основными параметрами тропосферы являются температура, влажность и давление. Эти параметры хотя и носят случайный характер, однако имеют определенную регулярность своего изменения по мере увеличения высоты. Так, давление и температура с увеличением высоты падают, а относительная влажность сохраняется постоянной. Эти изменения приводят к различным видам рефракции.
Виды радиоволн. По характеру распространения радиоволны подразделяются на прямые, земные (поверхностные), ионосферные (пространственные) и тропосферные.
Все виды радиоволн подвержены рассеиванию при распространении.
Прямые радиоволны – радиоволны, распространяющиеся в однородной среде по прямолинейной траектории (рефракция, поглощение).
Земные (поверхностные) радиоволны – радиоволны, распространяющиеся в непосредственной близости от поверхности Земли и частично огибающие ее выпуклость (земного шара) за счет явления дифракции (дифракция, поглощение). Дифракция – способность радиоволн распространяться вдоль поверхности Земли за счет ее огибания. Чем больше длина волны, тем сильнее проявляется способность радиоволн огибать выпуклость Земли и распространяться как земные (поверхностные).
Ионосферные (пространственные) радиоволны – радиоволны, распространяющиеся на большие расстояния за счет отражения от ионизированных слоев ионосферы (или пронизывают ее). Они могут огибать земной шар в результате многократного отражения от ионосферы и земной поверхности (отражение, поглощение, замирание).
Тропосферные радиоволны – радиоволны, распространяющиеся на значительные расстояния (примерно 1000 км) за счет преломления (рефракции, отражения, рассеяния) на неоднородностях тропосферы и направляющего (волноводного) действия тропосферы. Как тропосферные могут распространяться только волны короче 10 метров (выше 30 МГц) (рефракция, поглощение).
Виды радиоволн
50457101353820Ионосфера
00Ионосфера
11595102057400Тропосферные РВ
00Тропосферные РВ
2768603775710Прямые РВ
00Прямые РВ
50457102628900Тропосфера
00Тропосфера
9309102747010Земные РВ
00Земные РВ
48260240411000482603089910001731010114300Ионосферные РВ
00Ионосферные РВ
165103543300001651065341500267716065151000-66040122491500-66040248221500-6604053911500-104140342900000
Закономерности РРВ (явления):
1 – рассеивание электромагнитной энергии в свободном пространстве (воздухе)
уменьшение плотности потока энергии с увеличением расстояния
(от кВт при передаче до мкВ при приеме)
2 – поглощение в среде, отличной от воздуха (вода, земля, ионизированный газ)
уменьшение мощности сигнала
(в ионизированном газе уменьшается с повышением частоты)
3 – дифракция при распространении радиоволн вдоль земной поверхности
огибание радиоволнами выпуклости земной поверхности
(уменьшается с повышением частоты)
4 – рефракция при распространении радиоволн в неоднородной среде
преломление (искривление) траектории радиоволн вследствие изменения скорости распространения за счет неоднородности параметров
(увеличивается с увеличением неоднородности)
электрические свойства среды от точки к точке плавно изменяются в каком-либо одном направлении
5 – отражение при переходе из одной среды в другую
преломление траектории радиоволн в ионизированном газе (слое ионосферы) или у земной поверхности (суша или море)
(угол отражения равен углу падения, угол преломления зависит от электрических свойств сред)
6 – замирания при распространении в ионосфере в связи со случайным изменением параметров ионосферы
резкое изменение напряженности поля сигнала
(в десятки и сотни раз)
(быстрые – от долей секунды до нескольких секунд
– интерференционные и поляризационные)
(медленные – от нескольких минут до нескольких часов
– изменение поглощения и неоднородностей)
основная причина – сложение радиоволн от одного источника, пришедших в точку приема различными путями (вплоть до уменьшения напряженности поля сигнала до нуля, если радиоволны пришли в точку приема в противофазе)
меры борьбы с замираниями (разнесенный прием)
Закономерности (явления) РРВ
| И з м е н е н и е | |
| = уровня сигнала | = траектории сигнала |
| 1 – рассеяние | 4 – дифракция |
| 2 – поглощение | 5 – рефракция |
| 3 – замирание | 6 – отражение |
00Ионосфера
11595102057400Тропосферные РВ
00Тропосферные РВ
2768603775710Прямые РВ
00Прямые РВ
50457102628900Тропосфера
00Тропосфера
9309102747010Земные РВ
00Земные РВ
48260240411000482603089910001731010114300Ионосферные РВ
00Ионосферные РВ
165103543300001651065341500267716065151000-66040122491500-66040248221500-6604053911500-104140342900000
-3122295342906
006
-19792951968502
002
-42652951968502
002
-42710102444755
005
-4570095736604
004
-4552953022603
003
-53701951879602
002
-59416953022601
001
3. Особенности радиосвязи в диапазонах СДВ, СНЧ, ДВ.
Диапазон СНЧ
Волны СНЧ диапазона достаточно хорошо огибают выпуклость Земли и распространяются на расстояние до 4000 км как земные. На большие расстояния они распространяются как ионосферные, причем отражающим является слой D днем и Е – ночью.
Волны СНЧ диапазона практически не проникают в ионосферу и не поглощаются ею. Это обеспечивает высокую стабильность связи независимо от состояния ионосферы. Земная поверхность также незначительно поглощает волны этого диапазона.
Основным преимуществом диапазона СНЧ является возможность осуществления связи с глубокопогруженными подводными лодками. С понижением рабочей частоты глубины возможного приема увеличиваются. ВЯВ не оказывают влияния на качество связи.
Основным недостатком связи в диапазоне СНЧ является низкая пропускная способность канала связи. Вследствие этого на подводные лодки передаются только короткие сообщения.
Основными помехами связи в СНЧ диапазоне являются атмосферные помехи от грозовой деятельности и помехи от электрооборудования подводной лодки, интенсивность которых может быть значительна.
Диапазон СДВ
СДВ несколько хуже, чем СНЧ, огибают земную поверхность. Тем не менее, до расстояний в 2000 км земная волна вносит решающий вклад в суммарную напряженность поля в точке приема. На больших расстояниях ионосферная волна становится основной, обеспечивающей прием в СДВ диапазоне. Отражающим слоем для СДВ является днем слой D, ночью – слой Е. Стабильность электронной концентрации этих слоев обеспечивает практически постоянную напряженность поля сигнала в точке приема в течение единиц и даже десятков часов. Так, колебания напряженности поля в течение суток не превышают двух раз.
СДВ практически не проникают в ионосферу и не поглощаются ею. Все вышесказанное позволяет сделать вывод о том, что СДВ связь является достаточно стабильной и не зависит от состояния ионосферы и ее случайных изменений. До расстояния в 6000 км от радиостанции в СДВ диапазоне обеспечивается высокое качество связи.
К положительным свойствам диапазона относится независимость качества связи в СДВ диапазоне от ВЯВ и возможность связи с погруженными подводными лодками. Однако глубина радиоприема значительно меньше, чем в СНЧ диапазоне, и составляет 4–6 метров.
По сравнению с СНЧ диапазон СДВ позволяет существенно повысить скорость передачи информации в каналах связи.
Основными помехами в СДВ диапазоне являются атмосферные, обусловленные грозовой деятельностью. Уровень этих помех по сравнению с более высокочастотными диапазонами существенно выше, что сказывается на дальности связи. В экваториальных районах уровень атмосферных помех наибольший, что резко ухудшает качество связи в СДВ диапазоне.
Диапазон ДВ
Диапазон ДВ не нашел широкого применения для связи с кораблями в море. Это объясняется тем, что волны ДВ диапазона, обладая практически всеми недостатками, присущими СДВ, не обеспечивают связи с погруженными подводными лодками. Кроме того, они хуже огибают земную поверхность и распространяются как земные на расстояния, не превышающие 1000–1500 км. На большие расстояния ДВ распространяются как ионосферные, отражаясь от слоя D днем и слоя Е – ночью. При этом они испытывают поглощения в слое D, что ограничивает дальность связи на длинных волнах.
4. Особенности применения для связи КВ и СВ диапазонов радиоволн.
Диапазон СВ
Радиоволны СВ диапазона в меньшей степени, чем волны ДВ диапазона, способны огибать выпуклость Земли. При используемых мощностях передатчиков дальность связи земными волнами не превышает 1000 км. На большие расстояния радиоволны СВ диапазона могут распространяться как ионосферные, однако они испытывают очень сильные поглощения в слое D. Это приводит к тому, что днем ионосферные волны использованы для связи быть не могут. В ночное время, после пропадания слоя D, радиоволны СВ диапазона хорошо распространяются как ионосферные, обеспечивая дальности связи в несколько тысяч километров.
Нестабильность связи в различное время суток ограничивает использование СВ диапазона. Кроме того, даже в ночное время, когда дальности связи большие, достоверность связи на СВ может оказаться низкой. Причиной этого являются замирания.
Замирания – резкое снижение напряженности поля сигнала, обусловленное приходом в одну точку нескольких волн, прошедших различные пути.
ВЯВ оказывают достаточно сложное воздействие на связь в СВ диапазоне ионосферными волнами.
Положительными свойствами связи в СВ диапазоне являются его относительная помехоустойчивость и небольшие габариты антенн.
Диапазон КВ
Диапазон коротких волн на сегодняшний день является основным для связи с кораблями в море. На волнах КВ диапазона передается основной поток сообщений на подводные лодки и надводные корабли. Практически все каналы связи для передачи донесений с подводных лодок и надводных кораблей являются коротковолновыми, за исключением канала космической связи.
Широкое применение радиоволн КВ диапазона объясняется рядом положительных качеств, присущих ему, а именно:
– связь на КВ обеспечивается практически на неограниченные дальности, причем мощности РПДУ в десятки и сотни раз ниже, чем в диапазоне СДВ;
– диапазон КВ достаточно широк, что обеспечивает возможность работы в нем большого числа радиостанций. Ширина диапазона позволяет существенно повысить скорость передачи информации и обеспечивает использование в КВ диапазоне практически любого вида связи;
– снижение длины волны позволяет создать высокоэффективные передающие и приемные антенны;
– сложный характер распространения радиоволн КВ диапазона существенно снижает эффективность воздействия радиопомех противника.
Радиоволны КВ диапазона достаточно плохо огибают Землю и сильно поглощаются ею. Связь земными волнами обеспечивается до расстояний, не превышающих 300 км для сухопутных и 500 км для морских трасс. При использовании частот из высокочастотного участка КВ диапазона дальность связи земной волной может быть ниже указанных.
Дальняя связь обеспечивается только ионосферными волнами, где основным отражающим слоем является слой F2. Слои D, Е и F1 поглощают энергию радиоволн КВ диапазона. Чем ниже используемая частота, тем выше поглощение радиоволн в ионосфере.
Для обеспечения связи на большие расстояния необходимо использовать более высокие частоты, чтобы отражение радиоволн происходило от наиболее высоко расположенного слоя F2, а поглощение в слоях D и Е, сквозь которые проходят радиоволны, было бы минимальным.
Нестабильность слоя F2 как в отношении плотности ионизации, так и высоты его расположения, обуславливает ряд специфических особенностей радиосвязи в КВ диапазоне.
1. Наличие мертвых зон. Причиной их возникновения является то, что дальность связи земной волной ограничена расстоянием в 300–500 км, а ближняя граница прихода ионосферных волн располагается на расстояниях 600–700 км, а в ряде случаев и на расстояниях 2000–4000 км.
Таким образом, вокруг передающей антенны, имеющей круговую диаграмму направленности, в идеальном случае образуется ряд кольцевых областей. Ближайшая область является зоной связи земной волной, затем мертвая зона и далее – зона связи ионосферной волной. Размеры мертвой зоны, в которой прием невозможен из-за низкого уровня сигнала или его отсутствия, зависят от состояния ионосферы и выбранной рабочей частоты. Чем ниже рабочая частота, тем меньше размеры мертвой зоны. При снижении рабочей частоты одновременно увеличивается дальность связи земной волной и сокращается расстояние до границы зоны связи ионосферной волной.
Есть два пути борьбы с мертвыми зонами:
– производить передачу сообщений с использованием РПДУ одного УС на нескольких частотах одновременно. Такая организация передачи используется в системе ОТС. Однако здесь нельзя сказать, что удается полностью избавиться от мертвых зон;
– производить передачу сообщений с УС нескольких флотов. При этом передачу с каждого узла связи осуществлять одновременно на нескольких частотах. Такая организация передачи используется в системе ДОС. Это позволило на расстояниях до 4000 км практически исключить мертвые зоны и значительно снизить их количество на больших расстояниях.
При плавании подводных лодок и надводных кораблей на удалении, большем чем дальность связи земной волной, т. е. за пределами ближней зоны флота, связь в ней организуется по документам ДОС. Прием донесений от подводных лодок и надводных кораблей в системе ДОС осуществляется системой территориально разнесенных СПРЦ, что значительно повышает вероятность приема донесения с первой передачи из-за низкой вероятности нахождения в мертвой зоне одновременно всех СПРЦ.
2. Наличие максимальной применимой и наименьшей применимой частот (МПЧ и НПЧ). Связь на частотах ниже, чем НПЧ и выше, чем МПЧ для конкретной трассы не обеспечивается.
Наличие НПЧ обусловлено поглощением радиоволн в слоях D и Е (в ряде случаев и F1) ионосферы. Частоты ниже, чем НПЧ, полностью поглощаются ионосферой. Значение НПЧ не абсолютно, оно может быть понижено за счет увеличения мощности РПДУ или применения более помехоустойчивого вида связи.
Наличие МПЧ обуславливается ограниченными возможностями ионосферы (прежде всего слоя F2) отражать радиоволны. Для данной трассы частоты выше, чем МПЧ, ионосферой не отражаются. В отличие от НПЧ значение МПЧ для конкретной трассы и времени суток абсолютно и повышено быть не может. Значения НПЧ и МПЧ зависят от состояния ионосферы, т. е. являются функциями времени.
Для обеспечения связи высокого качества необходимо постоянно (с определенной дискретностью) подбирать оптимальную рабочую частоту (ОРЧ), которая равна примерно 0,85 МПЧ при отражении от слоя F2. Для подводных лодок наиболее важным является выбор частот для передачи донесения.
На трассах большой протяженности (свыше 4000 км) характер изменения МПЧ и НПЧ может быть отличным от описанного. В частности, в некоторые периоды времени НПЧ может быть выше, чем МПЧ. Время, на которое прекращается связь, может достигать нескольких часов. Осуществление связи на радиоволнах КВ диапазона в этом случае возможно за счет применения территориально разнесенных передачи и приема сообщений, а также при использовании ретрансляторов.
Кроме достаточно регулярного изменения МПЧ и НПЧ, обусловленного изменением освещенности ионосферы, имеют место и случайные их изменения, связанные с вспышками на Солнце или вызванные деятельностью человека.
Вспышки на Солнце чаще всего наблюдаются в полярных районах, но могут охватывать и всю ионосферу Земли. Продолжительность вспышек составляет от нескольких часов до нескольких суток. Могут возникать полярные сияния. Вся совокупность этих явлений называется ионосферно-магнитной бурей. При этом нарушается связь в КВ диапазоне, включая полное прекращение прохождения радиоволн.
Случайные изменения ионосферы, вызываемые деятельностью человека, включают воздействия на нее ВЯВ, распыление в ионосфере легкоионизируемых веществ, «подогрев» ионосферы мощным радиоизлучением. Образующиеся во время ВЯВ ионизированные области в ионосфере приводят к пропаданию связи в КВ диапазоне на время от нескольких часов до десятков часов. Время, на которое пропадает связь, зависит от высоты и мощности взрыва, а также используемой рабочей частоты.
Для обеспечения связи в условиях случайного изменения МПЧ и НПЧ используется низкочастотный участок КВ диапазона, РПДУ с большими мощностями, ретрансляторы.
3. Наличие ярко выраженных замираний, обусловленных приходом в точку приема нескольких ионосферных волн, прошедших различные пути. Сложение этих волн в противофазе приводит к резкому снижению уровня сигнала. За время в несколько секунд уровень сигнала может меняться в десятки и даже сотни раз. Замирания резко ухудшают достоверность связи.
4. Загруженность КВ диапазона. На близких частотах одновременно работают несколько радиостанций, расположенных в различных частях земного шара. Сигналы различных радиостанций могут быть помехами друг другу в точке приема. Особенно часто это наблюдается в низкочастотной части КВ диапазона (3–7 МГц).
5. Особенности радиосвязи в диапазоне УКВ.
Диапазон УКВ
Радиоволны УКВ диапазона не способны огибать земную поверхность. В то же время ионосфера не отражает УКВ и они не способны распространяться как ионосферные. Таким образом, УКВ распространяются только в пределах прямой видимости, определяемой высотой подъема антенн от уровня моря. Дальность связи на УКВ определяется по формуле:
D(км) = 4,12 (h11/2 + h21/2),
где: h1 и h2 – высота передающей и приемной антенн, м.
Формула приведена для нормальной атмосферной рефракции (нормального атмосферного давления, температуры, влажности).
Радиосвязи УКВ диапазона присущи ряд особенностей.
А. Возможность связи на большие расстояния по следующим причинам.
1. За счет явления сверхрефракции. На практике часто наблюдаются некоторые отклонения от нормальной рефракции, что приводит к увеличению или уменьшению дальности связи по сравнению с дальностью прямой видимости.
Сверхрефракция возникает в том случае, когда температура с высотой не понижается, а возрастает, или давление не уменьшается, как в обычных условиях, а увеличивается, или же когда эти явления происходят одновременно. Дальность связи при этом может составлять при большой мощности передатчика сотни и даже тысячи километров.
2. За счет отражения от локальных неоднородностей слоя Е. В слое Е имеют место неоднородности в распределении электронной концентрации, от которых могут отражаться радиоволны длинной 4–10 м. Дальность связи может составить до 2500 км. Однако для устойчивой радиосвязи необходимо применять РПДУ мощностью до 10 кВт и направленные антенны. Поэтому такой способ связи на УКВ применяется на береговых линиях связи.
3. За счет отражения от следов метеоритов. В земную атмосферу со скоростью около 30 км/с вторгается большое количество метеоритов, сгорающих при попадании в плотные слои атмосферы на высоте порядка 100 км, образуя при этом за собой след в виде ионизированного столба воздуха. Плотность ионизации следов метеоритов достаточна для отражения радиоволн УКВ диапазона. В силу того, что метеоритные следы отражают энергию радиоволн, а не рассеивают ее, становится возможным применение РПДУ небольшой мощности и достаточно простых антенных устройств.
4. За счет рассеивания на неоднородностях тропосферы. Рассеивание происходит на небольших высотах (10–12 км). Дальности связи значительно меньшие по сравнению с отражением от неоднородностей слоя Е. Для обеспечения устойчивой тропосферной радиосвязи требуется применение РПДУ мощностью 5–10 кВт и направленных антенн.
Б. УКВ проникают через ионосферу, не претерпевая в ней значительных поглощений. Это дало возможность осуществления космической связи с объектами через искусственные спутники Земли (ИСЗ). Возможности космической связи во многом определяются видом и высотой орбиты космического аппарата (КА).
При запуске КА в плоскость экватора на высоту около 36 000 км период его обращения составит 24 часа, и угловая скорость перемещения вокруг земной оси будет равна угловой скорости вращения Земли. Такой КА кажется с Земли неподвижным, а его орбита называется стационарной. Для построения глобальной системы связи достаточно трех КА, находящихся на стационарных орбитах в плоскости экватора с углом между ними 120. Вне зоны радиовидимости КА остались бы лишь полярные области Земли с широтами более 76. Основным достоинством такой системы космической связи является возможность осуществления связи в любой момент времени.
Для обеспечения космической связи с кораблями, плавающими в любом районе Мирового океана, используются системы низколетящих КА. При наклонении орбиты КА относительно плоскости экватора 75–85 он наиболее интенсивно освещает приполярные районы. Основным недостатком такой системы космической связи является то, что низколетящий КА освещает одновременно недостаточно большую область, что ограничивает возможности связи в режиме непосредственной ретрансляции. В режиме «запись – перенос – считывание» (ЗПС) такая система космической связи позволяет осуществлять связь с объектами, находящимися в любом районе Мирового океана.
Для осуществления космической связи с объектами, расположенными преимущественно в одном из полушарий Земли, используются спутники с эллиптическими орбитами. Основным недостатком является низкая возможность осуществления связи в одном из полушарий Земли.
Основным положительным свойством всех систем космической связи является их высокая надежность, а также обеспечение передачи сообщений с высокой достоверностью.
Завершая рассмотрение диапазона УКВ, необходимо отметить ряд положительных свойств. Большая ширина диапазона позволяет работать в нем большому числу радиостанций без взаимных помех и с высокими скоростями, тем самым сокращая время передачи сообщений, увеличивая пропускную способность каналов связи, обеспечивая скрытность действий подводных лодок. Отсутствие замираний позволяет обеспечить достаточно высокую достоверность связи. Кроме этого, в УКВ диапазоне противник способен осуществить подавление радиосвязи только в пределах прямой видимости.
Выводы по учебным вопросам лекции:
В качестве выводов рассмотрим особенности распространения радиоволн различных диапазонов частот, приведенные в таблице по ряду параметров, существенных при применении средств радиосвязи на подводных лодках и надводных кораблях ВМФ.
Особенности и возможности РРВ в различных диапазонах волн
(влияние условий РРВ на обеспечение связи)
| Диапазон волн | Дальность связи | Стабильность связи | Влияние помех (РЭП) | Влияние ВЯВ | Скорость работы | Эффективность передающ. антенн | Проникновение под воду | Длины волн (частоты) |
| СНЧ | 2–4 тыс. км (10 тыс. км) | + | + | + | – !!! (0,01–0,1 Бод) | – !!! | + !!! (50–300 м) | 1-10 тыс.км 30-300 Гц |
| СДВ | 5–6 тыс. км | + | + (–) | + | – (4–50 Бод) | – !!! | + !!! (5–20 м) | 10-100 км3-30 кГц |
| ДВ | 2 тыс. км | – | + | – | – | + (0,1–0,5 м) | 1-10 км30-300 кГц | |
| СВ | Д – 700 кмН – 2000 км | – | + (днем) | – | + | – | нет | 100-1000 м0.3-3 МГц |
| КВ | 3,5–8 тыс.км (глобальная) | – !!! | – (+) | – !!! | + (50–500 Бод) | + !!! | нет | 10-100 м3-30 МГц |
| УКВ | нк 30–60 км бер 50–100 км смл 300 кмкосм глобальная | + !!! | + | + | + !!! (>1000 Бод) | + | нет | < 10 м> 30 МГц |
2. Стабильность связи – влияние замираний сигнала на качество приема.
3. Влияние помех (РЭП) – способность обеспечивать связь в условиях преднамеренных помех противника
("–" в СДВ в связи с наличием большого количества СДВ радиостанций у противника, "+" в КВ в связи с возможностью
грамотного учета особенностей РРВ или применения аппаратуры адаптивной связи).
4. Влияние ВЯВ (высотных ядерных взрывов) – способность обеспечивать связь в условиях ВЯВ.
5. Скорость работы – приведены значения скорости работы в действующих каналах связи ВМФ.
6. Эффективность передающих антенн – возможность создания эффективной антенны с наименьшими затратами.
7. Проникновение под воду – возможность приема сообщений в подводном положении.
8. Характер влияния на связь:
+ !!! - очень положительное влияние на связь (обеспечивает исключительную возможность);
+ - положительное влияние на связь (обеспечивает возможность);
– - отрицательное влияние на связь (затрудняет обеспечение связи);
– !!! - очень отрицательное влияние на связь (значительно затрудняет обеспечение связи).
Заключение
Новое тысячелетие и новое геополитическое положение России, новая военная доктрина и приход нового поколения командиров и специалистов, наступившая неизбежная трансформация системы управления определили основные направления дальнейшего развития системы связи ВМФ в части обеспечения управления действиями подводных лодок и надводных кораблей в Мировом океане. В настоящее время система связи ВМФ состоит из континентальной части в виде береговых территориально-разнесенных стационарных и мобильных узлов и центров радио- и космической связи и морской – в виде комплексов и средств связи, установленных на подводных лодках, надводных кораблях и летательных аппаратах.
В ближайшие годы система связи ВМФ сохранит существующую структуру с приоритетной ролью каналов радиосвязи не только в составе морской компоненты, но и в составе континентальной, а также с комплексным использованием каналов различных диапазонов частот для связи с силами ВМФ.
Все усиливающаяся борьба радиоэлектронных средств противодействия и средств борьбы с противодействием противника является одним из факторов, определяющих превосходство в ведении боевых действий.
Использование средств радиоэлектроники военными службами обусловило появление новой проблемы, известной под названием электромагнитной несовместимости. Так, например, авианосец с атомным двигателем ВМС США «Энтерпрайз» оснащен более чем 500 антеннами, вес которых составляет от долей килограмма до более 18 тонн. При этом наиболее важным требованием в военных системах является требование немедленной и гарантированной готовности.
В любом реалистичном рассмотрении, касающемся вопросов распределения и использования радиоспектра, важности использования спектра для военных служб, связанных с обеспечением государственной безопасности, должно быть отведено одно из первых мест.
Радиоспектр является весьма ценным и ограниченным природным ресурсом, использование которого жизненно важно в обеспечении обороноспособности и безопасности любого государства. Поэтому грамотное применение средств связи с учетом особенностей распространения радиоволн различных диапазонов является весьма актуальной задачей, стоящей перед офицерами-выпускниками ВСОК ВМФ – командирами и связистами.
Литература
| 1. Учебное пособие: Каминский В. Ф. Управление, связь, командир. СПб.: ВСОК ВМФ, 2003. 4-1/К-18-9. § 2.1–2.3. (с. 41–51). Гл. 2 (с. 41–51 – возм. и особ. РРВ) (!!!). |
| 2. Руководство по боевой деятельности постов ионосферно-волновой службы связи ВМФ (Пр. ГК ВМФ 1985 г. № 0193). М.: Воениздат, 1986. Н/с. С. 3–6. (Фонд учеб. пос.). |
| 3. Учебник: Бояринцев А. В., Овечкин А. Н. Организация и боевое использование связи подводных лодок. СПб.: ВСОК ВМФ, 1993. 4-1/Б-72-15. §§ 9.1 (с. 166–179 – общ.), 9.2.1 (с. 179–180 – СДВ), 9.3.1–9.3.3 (с. 186–198 – КВ) . 4. Учебное пособие: Евстигнеев Б. В., Бояринцев А. В., Гайдученко В. В. Средства и системы связи надводных кораблей и их боевое использование. Л.: ВСОК ВМФ, 1991. 4-1/Е-26-1. § 2.1–2.3. (с. 33–44). |
| 5. Учебное пособие: Каминский В. Ф. Средства и системы связи подводных лодок и их боевое применение. СПб.: ВСОК ВМФ, 1998. 4-1/К-18-6. Гл. 2 (с. 89–118 – возм. и особ. РРВ). |
| 6. Учебное пособие: Винниченко А. И. Теория тракта распространения радиоволн линий радиосвязи. Л.: ВМА, 1984. Н/с. § 4.1 (с. 187–191 – СДВ), § 6.1 (с. 230–241 – КВ), §§ 7.1–7.4 (с. 291–321 – УКВ). |
| 7. Учебник: Винниченко А. И., Воронин А. Л. Теория распространения радиоволн и антенно-фидерные системы. Л.: ВМА, 1990. 4-1/В-48-1. § 6.1 (с. 165–178 – КВ), § 8.2 (с. 279 – влияние ВЯВ). |
| 8. Учебное пособие: Жданов Б. Б. Ионосферно-волновая служба связи. М.: Воениздат, 1989. ДСП, № 7592. 1.1–1.3 (с. 7–17 – ионосфера и РРВ). |