CC BY
151Системы управления, космическая навигация и связь
УДК 621.317
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫЕ СИГНАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В КОСМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
УПРАВЛЕНИЯ И СВЯЗИ
Д. И. Анисимов1, 2, Р. О. Асланян1, 2, А. В. Кузовников1, 3, В. Б. Кашкин2, С. Н. Леонов1' 3
1 АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52 2Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 3Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Представлено определение сверхширокополосных сигналов, приведена классификация сверхширокополосных (СШП) сигналов по форме и рассмотрена возможность применения СШП сигналов в космических системах связи.
Ключевые слова: термин СШП, классификация СШП по форме, энергетический спектр, импульс, диапазон частот.
ULTRAWIDEBAND SIGNALS USED IN SPACECONTROL AND COMMUNICATION SYSTEMS
D. I. Anisimov1, 2, R. O. Aslanyan1, 2, A. V. Kuzovnikov1, 3, V. B. Kashkin2, S. N. Leonov1, 3
JSC Academician M. F. Reshetnev Information Satellite Systems 52, Lenin Str., Zheleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation
2Siberian Federal University 79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
3Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
The article determines ultrawideband signals; it describes classification of ultrawideband (UWB) signals by the form and the possibility to apply UWB signals in space communication systems.
Keywords: the term of UWB, classification of UWB by the form, energy spectrum, pulse, range of frequencies.
В настоящее время, большая часть традиционных радиотехнических систем связи и систем управления космическим аппаратом работают в относительно узкой полосе частот. В качестве несущего колебания для передачи информации используются гармонические (синусоидальные) сигналы [1]. Такой выбор объясняется следующим:
- синусоида является собственным колебанием ЬС контура;
- синусоида является наиболее элементарной и самой распространенной электрической колебательной системы;
- резонансные свойства этой системы позволяют легко выполнять частотную селекцию большого числа информационных каналов, работающих в общей среде.
Ввиду вышеперечисленного, частотная селекция на сегодняшний день является основным способом разделения информационных каналов.
Большинство систем управления и связи работают в полосе частот, намного меньшей, чем их несущая частота, т. е. являются узкополосными. Однако именно ширина полосы частот определяет информатив-
ность радиотехнических систем [3], поскольку количество информации, передаваемой в единицу времени, прямо пропорционально этой полосе. Для повышения информационных возможностей системы необходимо расширять ее полосу частот.
В связи со стремительной информатизацией общества и постоянным увеличением информационных потоков эта проблема становится все более актуальной как для радиосвязи, так и для радиолокации. Актуальность проблемы и определила быстрое развитие в последние годы технологий, использующих сверхширокополосные (СШП) сигналы [4].
Цель - дать общее представление о СШП сигналах, привести основные определения и виды данных сигналов, применяемых на практике. Также описана возможность применения СШП сигналов в космических системах связи и управления.
Термин СШП был введен Министерством обороны США в 1990-х годах и позже (после 2000 года) вновь переопределен Федеральной комиссией связи США (FCC) [1]. По определению FCC, к СШП относятся системы со спектральной полосой не менее 1,5 ГГц, а также системы, у которых ширина спектральной
Решетневскуе чтения. 2017
полосы по заданному уровню составляет не менее 25 % от значения центральной частоты, то есть системы, имеющие показатель широкополосности [1]:
2 (Л - Л )
и/1—¿и <0,25,
Л + Л
где Лн - верхняя граница спектральной полосы; Ль - нижняя граница частотного диапазона.
По форме сигнала выделяют четыре основных вида СШП сигналов: сверхкороткие радиоимпульсы, короткие радиоимпульсы, кодированные сигналы.
Форма сверхкоротких импульсов [2] описывается моноциклом Гаусса, т. е. первой производной от известной кривой распределения Гаусса:
A (t )= A0Jî: -L exp
( Л \
At2
где А/ - длительность импульса; ^40 - его амплитуда; АР - ширина спектра мощности импульса обратно пропорциональна длительности импульса А/.
Короткие радиоимпульсы [2] допускают гибкое управление своим спектром. Они представляют собой цуги синусоидальных колебаний с колоколообразной огибающей, описываемые следующим выражением:
A (t) = exp
\
2 -At2
• sin (2n-fc •1 ),
где А/ - характерная длительность огибающей радиоимпульса; Лс - центральная частота колебаний.
Максимальное значение энергетического спектра для одного импульса этого сигнала приходится не на нулевую частоту, а находится около частоты синусоиды.
Поскольку длительность импульса обратно пропорциональна ширине полосы, то, например, ширина полосы в 1 % означает, что длительность импульса в 100 раз превышает период несущей частоты (импульс содержит 100 периодов). Для СШП сигналов, имеющих по определению ширину полосы не менее 25 %, импульс будет содержать самое большее 4 периода несущей частоты в одном импульсе. Следовательно, многопериодные СШП сигналы состоят из 2, 3 или 4-х целых или не целых периодов.
Четвертый вид сигнала - кодированный сигнал -применяется в СШП РЛС с той же целью, что и в узкополосной.
Сверхширокополосные сигналы в наземной связи используются для передачи информации в очень широком частотном диапазоне, и, обычно, рассматриваются как наземные системы связи малой дальности. Причиной использования сверхширокополосных сигналов только в системах связи малой дальности является ограничение на излучаемую мощность, с целью
минимального влияния на другие системы связи. К основным преимуществам сверхширокополосной связи относятся: отсутствие необходимости лицензирования; низкая сложность оборудования и низкая стоимость; устойчивость к многолучевому распространению; низкая вероятность перехвата; низкое потребление мощности.
Следовательно, перспективным в области применения является использование СШП технологий в космических системах связи. Для использования СШП сигналов в космических системах связи предстоит решить следующие задачи:
- изучение влияния помех на наземные системы;
- выбор диапазона частот для сверхширокополосных спутниковых систем связи;
- определение влияния помех, которые создаются такой системой для других спутниковых систем.
Библиографические ссылки
1. Радзиевский В. Г., Трифонов П. А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. М. : Радиотехника, 2009. 288 с.
2. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Кн. 1, М. : Советское радио, 1969. 752 с.
3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е изд., испр. : пер. с англ. М. : Вильямс, 2003. 1104 с.
4. Гринев А. Широкополосные и сверхширокополосные сигналы и системы. Радиотехника, 2007. 296 с.
5. Куприянов А. И., Сахаров А. В. Теоретические основы радиоэлектронной борьбы. М. : Вузовская книга. 2007. 350 с.
References
1. Radzievskii V. G., Trifonov P. A. Processing of ultra-wideband signals and noise. M. : Radio engineering, 2009. 288 p.
2. Levin B. R. Theoretically statistical bases of radio engineering. M. : Soviet radio, 1969. 752 p.
3. Sklar B. Digital communication. Theoretical bases and practical application. M. : "Wilams" Publishing House, 2003. 1104 p.
4. Grinev A. Wideband and ultrawideband signals and systems: Radio engineering, 2007. 296.
5. Kupriyanov A. I., Sakharov A. V. Teoreticheskiye osnovy radioelektronnoy bor'by [Theoretical basis of electronic warfare]. Moscow, "Vuzovskaya kniga". Publ., 2007. 350 p.
© Анисимов Д. И., Асланян Р. О., Кузовников А. В., Кашкин В. Б., Леонов С. Н., 2017
