Помех действия и вид. Основные виды помех и искажений в системах связи. Виды помех процессу получения информации о воздушной и надводной обстановке

Существует пять видов движения твердого тела:

1. поступательное движение;
2. вращение вокруг неподвижной оси;
3. плоское движение;
4. вращение вокруг неподвижной точки;
5. свободное движение.

Первые два называются простейшими движениями твердого тела. Остальные виды движений можно представить как комбинацию основных движений.

Определение

Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному направлению.

Любое прямолинейное движение является поступательным. Однако поступательное движение не следует смешивать с прямолинейным. При поступательном движении тела траектории его точек могут быть любыми кривыми линиями.

Рис.1 Поступательное криволинейное движение кабин колеса обзора

Теорема

Свойства поступательного движения определяются следующей теоремой: при поступательном движении все точки тела описывают одинаковые (при наложении совпадающие) траектории и имеют в каждый момент времени одинаковые по модулю и направлению скорости и ускорения.

Из теоремы следует, что поступательное движение твердого тела определяется движением какой-нибудь одной из его точки. Следовательно, изучение поступательного движения тела сводится к задаче кинематике точки.

При поступательном движении общую для всех точек тела скорость $\overrightarrow {v}$ называют скоростью поступательного движения тела, а ускорение $\overrightarrow {a}$ - ускорением поступательного движения тела. Векторы $\overrightarrow {v}$ и $\overrightarrow {a}$ можно изображать приложенными в любой точке тела.

Заметим, что понятие о скорости и ускорении тела имеют смысл только при поступательном движении. Во всех остальных случаях точки тела, движутся с разными скоростями и ускорениями, и термины «скорость тела» или «ускорение тела» для этих движений теряют смысл.

Вращательным движением абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси называется такое его движение, при котором все точки тела движутся в плоскостях, перпендикулярных к неподвижной прямой, называемой осью вращения, и описывают окружности, центры которых лежат на этой оси.

Для определения положения вращающегося тела проведем через ось вращения, вдоль которой направим ось Az, полуплоскость - неподвижную и полуплоскость, врезанную в само тело и вращающуюся вместе с ним (рис. 2).

Рисунок 2. Угол поворота тела

Тогда положение тела в любой момент времени однозначно определится взятым с соответствующим знаком углом $\varphi $ между этими полуплоскостями, который назовем углом поворота тела. Будем считать угол $\varphi $ положительным, если он отложен от неподвижной плоскости в направлении против хода часовой стрелки (для наблюдателя, смотрящего с положительного конца оси Az), и отрицательным, если по ходу часовой стрелки. Измерять угол $\varphi $ будем всегда в радианах. Чтобы знать положение тела в любой момент времени, надо знать зависимость угла $\varphi $ от времени t, т.е. ${\mathbf \varphi }$=f(t). Это уравнение выражает закон вращательного движения твердого тела вокруг неподвижной оси.

При вращательном движении абсолютно твердого тела вокруг неподвижной оси углы поворота радиуса-вектора различных точек тела одинаковы.

Основными кинематическими характеристиками вращательного движения твердого тела являются его угловая скорость $\omega $ и угловое ускорение $\varepsilon $.

Уравнения, описывающие вращательное движение, можно получить из уравнений поступательного движения, произведя в последних следующие замены: перемещение s --- угловое перемещение (угол поворота) $\varphi $, скорость u --- угловая скорость $\omega $, ускорение a --- угловое ускорение $\varepsilon $.

Круг вопросов, рассматриваемых при проектировании комплекса технических средств охраны (КТСО), включающего также системы видеонаблюдения, должен быть достаточно широк: от техники заземления до разновидностей защиты - от электромагнитных помех, шумов, генерируемых элементами КТСО и сопряженными система-ми, до “стыкуемости” аппаратуры; от принципов построения систем электропитания (в том числе резервного) до выбора материалов экранирующих корпусов; от технологии выполнения монтажных работ до номенклатуры кабельной продукции, комплектующих

Вся аппаратура, входящая в КТСО, должна иметь не только электромагнитную совместимость, но и стыковаться по своим электрическим параметрам. Следует подвергнуть серьезному анализу электромагнитную обстановку объекта в части определения или прогнозирования уровня электромагнитных помех от оборудования и аппаратуры смежных систем обеспечения безопасности и жизнедеятельности здания: трансформаторных подстанций, приточно-вытяжной вентиляции, систем и способов освещения помещений и территории, мощных потребителей электроэнергии, источников бесперебойного электропитания, систем оповещения и связи, мест проведения периодических работ с применением электросварки. Собственно прогнозирование уровня электромагнитной обстановки должно быть выполнено с учетом возможности возникновения аварийных ситуаций в вышеуказанных системах (узлах) и дать возможность предусмотреть спосбызащиты наиболее чувствительной аппаратуры от последствий влияния аварийных ситуаций на работоспособность и безотказность КТСО.

Источники шумов и шумы, наводимые на провода и кабельные линии

Основным примером такого вида связи являются шумы, проникающие в устройства по проводам сетевого электропитания. В случае если невозможно контролировать сеть или к сети подключают другую аппаратуру (мощный энергопотребитель) возникает необходимость в развязке проводов сети. Тогда уже стоит вопрос о резервировании электропитания систем ССТV. В этих целях используют источники бесперебойного электропитания компьютеров (типа UPS) или источники для охранно-пожарной аппаратуры. Проблемы при этом остаются прежние: различные напряжения, требуемые для электропитания составных частей системы видеонаблюдения, жесткие требования к верхним порогам выходных напряжений, условия электромагнитной совместимости и т.п. Добавляются требования обеспечения минимального времени резервирования электропитания ССТV – 0,5 часа, согласно ГОСТ Р 51558–2000, а на практике необходимо резервирование электропитания на значительно большее время.

Связь через общее сопротивление

Связь через общее сопротивление встречается там, где токи от двух различных устройств проходят через одно сопротивление. При этом падение напряжения, создаваемое каждым из устройств на конкретном участке сопротивления, является для другой системы источником помехи , и чем больше потребление, тем выше амплитуда помехи .

Электромагнитные поля

Еще один вид связи представляет собой излучение электромагнитных полей. Эффективность экранирования зависит от: частоты излучения, конфигурации экрана, положения внутри экрана измерительной точки, вида ослабляемого поля, вектора его распространения и поляризации. Опуская прикладные и промежуточные теоретические выкладки, можно сделать выводы, определяющие эффективность экранирования:

• для электрических полей и плоских волн потери при их отражении очень велики;
• для низкочастотных магнитных полей потери при их отражении очень малы;
• экран толщиной, равной глубине скин-слоя, обеспечивает потери на поглощение примерно 9 дБ;
• магнитные поля труднее поддаются экранированию, чем электрические;
• для защиты от низкочастотных магнитных полей следует применять магнитные материалы;
• для защиты от электрических полей, плоских волн и высокочастотных магнитных полей следует применять экран из качественного проводника;
• реальная эффективность экранирования, достигаемая на практике, обычно определяется утечками в швах и соединениях, а не собственно эффективностью применяемого материала;
• величину утечки определяет максимальный линейный размер отверстия, а не его площадь;
• утечка через большое количество маленьких отверстий меньше, чем через одно отверстие той же площади;
• наличие на рынке услуг аппаратуры, которая не создает помехи , столь же необходимо, как и наличие аппаратуры, защищающей от помех;
• подавлением шумов следует заниматься на возможно более ранней стадии проектирования КТСО;
• шумы возникают в следующих случаях: при наличии наводки по проводам, при осуществлении связи через общее сопротивление, а также при наличии электромагнитного излучения;
• металлы, используемые в сигнальных цепях и контактирующие друг с другом, должны быть гальванически совместимыми;
• универсальный метод решения большинства проблем борьбы с электромагнитными помехами и шумами существует далеко не всегда, обычно используются несколько способов одновременно.

Заземление

Заземление – один из основных способов уменьшения нежелательных шумов и наводок, приводящих к сбоям в работе видеосистемы или выходу из строя аппаратуры. Грамотное заземление и экранирование может решить значительную часть проблем шумопо
давления. Надежно заземленная система (комплекс) должна быть спроектирована таким образом, чтобы она работала как единая цель.

Проектирование систем с качественным заземлением преследует две основные цели: первая - минимизировать напряжение шумов, возникающих при прохождении токов от двух или более единиц аппаратуры через общее сопротивление земли; вторая - исключить образование контуров заземления, чувствительных к магнитным полям и разностям потенциалов “земли”. Надо помнить, однако, что неправильно выполненное заземление само может стать основной причиной возникающих шумов и помех.

Защитное заземление

Из соображений без опасности корпус аппаратуры, так же как и вся система, должен быть заземлен. При возникновении пробоя (аварийная ситуация) ток через шину заземления проходит, можно сказать, молниеносна, что приводит к разрыванию цепи защитными устройствами. Поскольку через защитное заземление ток нагрузки не течет, на нем не возникает падение напряжения и подключенные к нему корпуса аппаратуры всегда находятся под потенциалом земли. При этом нейтраль и шину защитного заземления следует соединять только в одной точке. Эту точку следует выбирать таким образом, чтобы она была как можно ближе к распределительному щитку.

Сигнальные “земли”

Сигнальные “земли” делятся, в основном, на два класса: заземление в одной или нескольких точках.

При более глубоком рассмотрении методов заземления необходимо помнить о следующем:

• все проводники имеют конечный импеданс, состоящий обычно из сопротивления и индуктивности;
• разнесенные в пространстве точки заземления редко имеют одинаковый потенциал.

Силовая “земля” практически не годится для организации или в качестве сигнальной “земли”. Напряжение, измеряемое между двумя точками земли, в типичных случаях составляет сотни милливольт, а иногда и единицы вольт. Это напряжение достаточно велико для цепей с сигналами низкого уровня. С точки зрения шумов наиболее нежелательным является заземление с общей шиной или общим проводом. При использовании такой схемы наиболее критичное устройство (с наибольшим потреблением тока) следует подключать как можно ближе к точке первичного заземления.

Система заземления в нескольких точках

Для минимизации импеданса земли на высоких частотах применяются многоточечные схемы заземления (рис. 2). В этой схеме устройства подключаются, по возможности, к ближайшей заземленной шине с малым импедансом, при этом сопротивления R1ER3 и индуктивности L1EL3 должны быть как можно меньше. Увеличение толщины заземляющего проводника (поверхности) не влияет на высокочастотный импеданс, поскольку вследствие скин-эффекта ток течет только по его поверхности.

Практические системы заземления

Большинство практических схем заземления представляют собой комбинацию последовательного и параллельного заземления в одной точке. Такая комбинация обычно диктуется компромиссным решением между необходимостью выполнения критериев по электрическим шумам (наводкам) и задачей избежать увеличения сложности проводного монтажа сверх необходимой. Ключ к успешному совмещению этих факторов лежит в выборочной группировке заземляющих проводов, такой, чтобы схемы с достаточно различающимися уровнями потребляемой мощности не имели общего возвратного провода земли. Таким образом, группы слаботочных устройств могут иметь общий возвратный провод “земли”, тогда как другие группы устройств подключаются к “земле” другим возвратным проводником.

В большинстве интегрированных комплексах необходимо как минимум четыре возвратных проводника “земли” (рис. 3), исключая нейтраль и провод защитного заземления.

Использование такой конфигурации схемы заземления интегрированного комплекса безопасности и систем жизнеобеспечения здания (объекта) может значительно уменьшить проблемы неустойчивости работы отдельных подсистем.

Кроме двух перечисленных методов борьбы с помехами (экранирование и заземление) существуют такие, как:

• балансировка;
• фильтрация;
• изоляция;
• разнесение и ориентация;
• регулировка величины полного сопротивления;
• выбор номенклатуры кабельной продукции;
• снижение амплитуды пускового тока;
• минимизация энергопотребления;
• программно-аппаратный метод.

Рассмотренные методы шумоподавления применимы как к аналоговым, так и к цифровым системам, в том числе в системам видеонаблюдения.

Помеха – это любое воздействие, накладывающееся на полезный сигнал и затрудняющее его прием. Помехи весьма разнообразны как по своему происхождению, так и по физическим свойствам.

В проводных каналах связи основным видом помех являются импульсные шумы и прерывная связь. Появление импульсных помех часто связано с автоматической коммутацией и с перекрестными наводками. Прерывание связи есть явление, при котором сигнал в линии резко затухает или совсем исчезает.

Практически в любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы аппаратуры, обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Этот вид помех особенно сказывается в диапазоне ультракоротких волн. В этом диапазоне имеют значение и космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах.

Классификацию помех можно провести по следующим признакам:

— по происхождению (месту возникновения);

— по физическим свойствам;

— по характеру воздействия на сигнал.

К помехам по происхождению в первую очередь относятся внутренние шумы аппаратуры (тепловые шумы) обусловленные хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, сопротивлениях и других элементах аппаратуры. Случайное тепловое движение носителей заряда в любом проводнике вызывает случайную разность потенциалов на его концах. Среднее значение напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум. Квадрат эффективного напряжения теплового шума определяется известной формулой Найквиста

где Т- абсолютная температура, которую имеет сопротивление R;

F — полоса частот; k =1,37*10 (-23) Вт.сек/град- постоянная Больцмана.

К помехам по происхождению, во вторую очередь, относятся помехи от посторонних источников, находящихся вне каналов связи:

— атмосферные помехи (громовые разряды, полярное сияние, и др.), обусловленные электрическими процессами в атмосфере;

— индустриальные помехи, возникающие в электрических цепях электроустановок (электротранспорт, электрические двигатели, системы зажигания двигателей, медицинские установки и другие.);

— помехи от посторонних станций и каналов, возникающих от различных нарушений режима их работы и свойств каналов;

— космические помехи, связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах, галактиках и других внеземных объектах.

По физическим свойствам помех различают:

— Флуктуационные помехи;

— Сосредоточеные помехи.

Флуктуационные помехи . Среди аддитивных помех особое место занимает флуктационная помеха, которая является случайным процессом с нормальным распределением (гауссов процесс). Этот вид помех практически имеет место во всех реальных каналах.

Электрическую структуру флуктуационной помехи можно представить себе как последовательность бесконечно коротких импульсов, имеющих случайную амплитуду и следующих друг за другом через случайные промежутки времени. При этом импульсы появляются один за другим настолько часто, что переходные явления в приемнике от отдельных импульсов накладываются, образуя случайный непрерывный процесс.

Так, источником шума в электрических цепях могут быть флуктуации тока, обусловленные дискретной природой носителей заряда (электронов, ионов). Дискретная природа электрического тока проявляется в электронных лампах и полупроводниковых приборах в виде дробового эффекта.

Наиболее распространенной причиной шума являются флуктуации, обусловленные тепловым движением.

Длительность импульсов, составляющих флуктуационную помеху, очень мала, поэтому спектральная плотность помехи постоянна вплоть до очень высоких частот.

К сосредоточенным по времени (импульсным) помехам относят помехи в виде одиночных импульсов, следующих один за другим через такие большие промежутки времени, что переходные явления в радиоприемнике от одного импульса успевают практически затухнуть к моменту прихода следующего импульса.

Сосредоточенные по спектру помехи . К этому виду помех принято относить сигналы посторонних радиостанций, излучения генераторов высокой частоты различного назначения и т. п. В отличие от флуктационных и импульсных помех, спектр которых заполняет полосу частот приёмника, ширина спектра сосредоточенной помехи в большинстве случаев меньше полосы пропускания приёмника. В диапазоне коротких волн этот вид помех является основным, определяющим помехоустойчивость связи.

По характеру воздействия на сигнал различают:

— аддитивные помехи;

— мультипликативные помехи.

Аддитивной называется помеха, мгновенные значения которой складываются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее воздействие аддитивной помехи определяется суммированием с полезным сигналом. Аддитивные помехи воздействует на приемное устройство независимо от сигнала и имеют место даже тогда, когда на входе приемника отсутствует сигнал.

Мультипликативной называется помеха, мгновенные значения которой перемножаются с мгновенными значениями сигнала. Мешающее действие мультипликативных помех проявляется в виде изменения параметров полезного сигнала, в основном амплитуды. В реальных каналах электросвязи обычно имеют место не одна, а совокупность помех.

Под искажениями понимают такие изменения форм сигнала, которые обусловлены известными свойствами цепей и устройств, по которым проходит сигнал. Главная причина искажений сигнала – переходные процессы в линии связи, цепях передатчика и приемника. При этом различают искажения: линейные и нелинейные возникающие в соответствующих линейных и нелинейных цепях. В общем случае искажения отрицательно сказываются на качестве воспроизведения сообщений и не должны превышать установленных значений (норм).

При известных характеристиках канала связи форму сигнала на его выходе всегда можно рассчитать по методике, изложенной в теории линейных и нелинейных цепей. Дальнейшие изменения формы сигнала можно скомпенсировать корректирующими цепями или просто учесть при последующей обработке в приемнике. Это уже дело техники.

ДРУГОЕ ДЕЛО ПОМЕХИ — ОНИ заранее не известны и поэтому не могут быть устранены полностью.

Борьба с помехами — основная задача теории и техники связи. Любые теоретические и технические решения, о выполнении кодера или декодера, передатчика и приемника системы связи должны приниматься с учетом того, что в линии связи имеются помехи. При всем многообразии методов борьбы с помехами их можно свести к трем направлениям:

— подавление помех в месте их возникновения. Это достаточно эффективное и широко применяемое мероприятие, но не всегда приемлемо. Ведь существуют источники помех, на которые воздействовать нельзя (грозовые разряды, шумы Солнца и др.);

— уменьшение помех на путях проникновения в приемник;

— ослабление влияния помех на принимаемое сообщение в приемнике, демодуляторе, декодере. Именно это направление для нас является предметом изучения.

Полезные сигналы редко присутствуют в электрических цепях в чистом виде. Практически всегда на них накладываются шумы и помехи. При этом полезный сигнал искажается при передаче, и сообщение воспроизводится с некоторой ошибкой. Причиной ошибок являются как искажения, вносимые самим каналом, так и различного вида помехи, воздействующие на сигнал при передаче. В собственно устройствах канала передачи информации имеются два основных источника шумов: дискретная структура тока в усилительных элементах (транзисторах, микросхемах и т.д.) и тепловое движение свободных электронов в проводниках электрической цепи. При этом временные и частотные характеристики канала определяют линейные искажения. Кроме того, радиоканал может вносить и нелинейные искажения, обусловленные нелинейностью тех или иных его звеньев, цепей или устройств.

В общем случае под помехой понимают случайный сигнал, однородный с полезным и действующий одновременно с ним. Для систем передачи информации помеха - любое случайное воздействие на полезный сигнал, ухудшающее верность приема и воспроизведения передаваемых по линии связи сообщений.

По месту возникновения помехи делят на внешние и внутренние. Причинами внешних помех являются природные процессы и работа различных технических устройств. В диапазонах дециметровых и менее волн имеют значение и космические помехи , связанные с электромагнитными процессами, происходящими на Солнце, звездах и других внеземных объектах. В диапазоне оптических частот имеется квантовый шум , вызванный дискретной природой сигнала.

В радиоканалах встречаются атмосферные помехи , обусловленные электрическими процессами в атмосфере, прежде всего грозовыми разрядами.

Сильные помехи создают промышленные установки. Это так называемые индустриальные помехи , возникающие из-за резких изменений тока в мощных электрических цепях всевозможных электротехнических устройств. Распространенным видом внешних помех являются помехи от посторонних радио- и телестанций, систем военного назначения. Они обусловлены нарушением регламента распределения частот, недостаточной стабильностью частот генераторов и плохой фильтрацией гармоник сигнала, а также нелинейными процессами в каналах, ведущими к так называемым перекрестным искажениям (проявляются в переносе модуляции с мешающего внеполосного сигнала на полезный).

Основными видами внешних помех в проводных каналах связи являются импульсные шумы и прерывание связи.

Внутренние помехи обусловлены процессами, происходящими при работе самого устройства. В любом диапазоне частот имеют место внутренние шумы устройств, связанные с хаотическим движением носителей заряда в усилительных приборах, резисторах и других элементах.

Аналитически влияние помехи r(t) на полезный сигнал u(t) в общем виде можно выразить оператором Y:

где функция s(u(t)) отражает искаженный полезный сигнал.

Возможны два сочетания полезного сигнала и шума. Если оператор У в формуле (2.1) вырождается в линейную сумму сигнальной составляющей и помехи, т.е.

то помеху называют аддитивной (от англ, addition - сложение).

Если же оператор У может быть представлен в виде произведения некоторого коэффициента k(t) (здесь k(t) - случайный процесс) и сигнала u(t), т.е.

то помеху называют мультипликативной (от англ, multiplication - умножение).

Мультипликативные помехи обусловлены случайными изменениями параметров радиоканала. Они проявляются в изменении уровня сигнала. В реальных каналах передачи информации обычно имеют место и аддитивные, и мультипликативные помехи, и поэтому

По основным свойствам аддитивные помехи делят на три класса: сосредоточенные но спектру (узкополосные помехи), импульсные (сосредоточенные во времени) и флуктуационные (распределенные по частоте и во времени) помехи, не ограниченные ни во времени, ни но спектру.

Сосредоточенными по спектру называют помехи, основная часть мощности которых приходится на отдельные участки диапазона частот, меньших полосы пропускания системы связи.

Импульсной (сосредоточенной во времени) помехой называют регулярную или хаотическую последовательность импульсных сигналов, однородных с полезным сигналом. Источниками таких помех являются цифровые и коммутирующие элементы цепей или работающего рядом с ними устройства. В зависимости от частоты следования импульсов одна и та же помеха может воздействовать как импульсная на приемник с широкой полосой пропускания и как флуктуациопная па приемник с относительной узкой полосой пропускания.

Флуктуационная помеха (флуктуационный шум) представляет случайный процесс с нормальным распределением - гауссовский процесс (закон Гаусса). Эти помехи имеют место практически во всех реальных каналах связи, и их называют шумами. С физической точки зрения аддитивные флуктуационные помехи порождаются в системах связи различного рода флуктуациями, т.е. случайными отклонениями тех или иных физических величин (параметров) от их средних значений. Среди таких шумов можно прежде всего назвать внутренние шумы электронных усилителей. Различают следующие виды флуктуационных шумов:

• тепловой (шум Джонсона);
• фликкер-шум (иногда - розовый шум);
• дробовый (квантовый).

Тепловые шумы резисторов. Одной из главных причин возникновения шума являются флуктуации объемной плотности электрического заряда в резистивных элементах из-за хаотического теплового движения носителей. В любом резисторе всегда имеются свободные электроны, находящиеся в хаотическом тепловом движении. При этом может оказаться, что в определенный момент времени в одном направлении проходит больше электронов, чем в другом. Значит, даже в отсутствие внешней ЭДС мгновенное значение тока, текущего через резистор, отлично от нуля. Эти мгновенные изменения тока вызывают на выводах резистора шумовую разность потенциалов. Среднее значение такого напряжения равно нулю, а переменная составляющая проявляется как шум.

Важное значение для систем связи имеет спектр мощности шумового напряжения на концах резистора. Его определяют по формуле Найквиста:

где R - сопротивление резистора, Ом; к = 1,38- 10~ 23 Дж/К - постоянная Больцмана; Т - абсолютная температура резистора в градусах Кельвина. Часто удобнее пользоваться односторонним энергетическим спектром, который задают в области положительных частот | В 2 /Гц |:

Спектральную плотность мощности теплового шума оценим из такого примера: при Г= 300 К и R = 20 кОм значение N 0 = 4 -1,38 -10 23 -300-20 000 = = 3,31 10 1(> В 2 /Гц, откуда среднее квадратическое значение напряжения f/ m = 3,3M0 16 В/Гц 2 .

Спектральная плотность мощности теплового шума одинакова для всех частот, представляющих интерес для большинства систем связи; другими словами, источник теплового шума на всех частотах излучает с равной мощностью на единицу ширины полосы - от постоянной составляющей до частоты порядка 10 12 Гц. Следовательно, простая модель теплового шума предполагает, что спектральная плотность его мощности равномерна и достаточно точно соответствует модели белого шума (см. далее).

Фликкер-шум - шум, спектральная плотность которого изменяется с частотой по закону 1// (с примерно постоянной спектральной мощностью на декаду - изменение в 10 раз). Часто фликкер-шумом называют любой шум, спектральная плотность которого уменьшается с увеличением частоты. Обычно на частотах выше 10 кГц фликкер-шумами пренебрегают.

Дробовой шум обусловлен неравномерным движением дискретных носителей электрического тока в электронных приборах - диодах, транзисторах, микросхемах и лампах; он имеет равномерный спектр, т.е. является белым; в отличие от резисторов флуктуации возникают не за счет хаотического теплового движения электронов, а вследствие статистической независимости их упорядоченного перемещения.

Поскольку тепловой шум присутствует во всех системах связи и является заметным источником помех, характеристики теплового шума (аддитивный, белый и гауссов) часто применяются для моделирования шума в системах связи. Гауссов шум с нулевым средним полностью характеризуется дисперсией, поэтому эту модель особенно просто использовать и при детектировании сигналов, и при проектировании оптимальных приемников.

По виду частотного спектра помехи делят на стационарный (белый) и нестационарный шумы. Белый шум содержит гармонические составляющие с одинаковой амплитудой и случайной начальной фазой, которые равномерно распределены практически по всему частотному радиодиапазону - от постоянной составляющей до частоты порядка 10 12 Гц. В теории оптимальной фильтрации часто вводят понятие квазибелого шума (от лат. quasi - якобы; почти), параметры и характеристики которого близки к показателям белого шума.

Нестационарный шум - шум, длящийся короткие промежутки времени (меньшие, чем время усреднения в измерителях).

В зависимости от спектра помехи могут быть сплошными или селективными. Сигнал сплошной помехи характеризуется распределением его мощности по широкому спектру частот. Селективная помеха характеризуется тем, что ее мощность сосредоточена либо на одной частоте, либо в узкой полосе частот.

Хорошее техническое проектирование может устранить большинство шумов путем экранирования, фильтрации, выбора модуляции и оптимального местоположения приемника.

С математической точки зрения информационные случайные сигналы (сигналы случайного характера, несущие передаваемую информацию) и шумы подчиняются одним вероятностным законам, поэтому они получили обобщенное название случайные колебания или случайные процессы.

Для анализа случайных сигналов применяют методы статистической теории связи, базирующейся на математическом аппарате теории вероятностей и теории случайных процессов. С целью упрощения и наглядности анализа работу электрических цепей часто рассматривают при воздействии детерминированных сигналов. Для учета же случайного характера реального сигнала в качестве его математической модели используют не отдельную детерминированную функцию u(t ), а совокупность подобных функций {u k (t)} = u { (t), u 2 (t ),..., образующих случайный процесс, в котором будет заключена полезная информация.

Для подавления СРС с расширением спектра, в частности СРС с ППРЧ могут применяться различные виды организованных помех. Основными видами помех, которые сравнительно просто реализуются в системах РЭП, являются: шумовая заградительная помеха; шумовая помеха в части полосы; полигармоническая помеха; ответная (ретранслированная) помеха (рис. 1.24) .

Виды помех реализуются в соответствующих станциях помех (СП). Все многообразие вариантов СП определяется в основном путями, которыми их разработчики стремятся сконцентрировать ограниченную мощность передатчиков в определенных частотных диапазонах, временных интервалах и пространственных секторах.

Наиболее универсальной и устойчивой к различным способам помехоустойчивости, применяемым в СРС, является шумовая заградительная помеха (рис. 1.24,а), модель которой представляет собой ограниченный по полосе АБГШ со спектральной плотностью мощности

Заградительная помеха должна перекрывать частотный диапазон СРС и при соответствующей мощности СП в состоянии подавить СРС при любых способах перестройки частоты. В виду значительного частотного диапазона СРС с ППРЧ мощность передатчика помех должна быть достаточно большой. В связи с этим СП заградительного вида представляет большую опасность с точки зрения обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) для других радиоэлектронных средств (РЭС), работающих в том же диапазоне частот. При этом сама СП становится радиозаметной и, в силу этого, уязвимой целью для самонаводящихся по радиоизлучению ракет. Отмеченные недостатки сужают возможности применения СП заградительного вида, особенно в группировках РЭС. Вместе с тем, в некоторых особых оперативно-тактических ситуациях может потребоваться применение заградительных помех.

Мощность шумовой помехи может быть использована более эффективно за счет сосредоточения ее в ограниченной полосе частот, значительно меньшей, чем диапазон частот СРС с ППРЧ. Такую помеху принято называть шумовой помехой в части полосы (сосредоточенной по спектру помехой, помехой с частичным перекрытием спектра сигналов СРС) (рис. 1.24,б). Спектральная плотность мощности шумовой помехи в части полосы может быть представлена в виде двух уровней:

(1.47)

где - коэффициент, характеризующий часть полосы, занимаемую помехой, .

Как следует из (1.47), спектральная плотность мощности шумовой помехи в части полосы возрастает в раз по сравнению со спектральной плотностью мощности шумовой заградительной помехи (1.46). Станция шумовых помех с равномерно распределенной мощностью в пределах полосы подавляет частотные элементы сигнала с ППРЧ с вероятностью . Вероятность того, что эти же частотные элементы сигнала с ППРЧ не подавляются помехой равна (1–).

В рассматриваются возможности трехуровневой шумовой помехи, спектральная плотность мощности которой

где - мощность помехи большего и меньшего уровней, соответственно; за счет выбора значений и такая помеха имеет дополнительную степень свободы.

Трехуровневая помеха является эффективной для схем приема, сигналов с тестом порога отношения сигналов, соответствующих символам 1 и 0, и стиранием символов, подверженных воздействию помех.

С целью повышения эффективности СП спектр шумовой помехи в части полосы целесообразно скачкообразно по случайному закону перемещать по всему диапазону частот, занимаемому СРС с ППРЧ. При данной модели помехи для любого отношения сигнал-помеха имеет место оптимальное значение части подавляемой полосы , при которой помехоустойчивость СРС будет минимальной. Помеха с такими параметрами является наихудшей для СРС. С целью текущей оптимизации ширины спектра помехи в части полосы и мощности помехи в СП необходимо иметь станцию РТР для измерения параметров сигналов подавляемых СРС.

Для СРС с ППРЧ эффективной помехой при определенных условиях является пол и гармоническая помеха (многотональная помеха), представляющая собой набор из немодулированных гармонических колебаний равной мощности, распределенных по диапазону частот в соответствии с заданной постановщиком помех стратегией (рис. 1.24,в),

(1.48)

Для создания эффективной полигармонической помехи требуется достаточно точное наведение узкополосных помех на центральные частоты каналов СРС с ППРЧ, а также обеспечение на входе -го канала приемника СРС определенного соотношения мощности помехи и мощности сигнала

где - некоторое положительное число (параметр распределения мощности), выбираемое постановщиком помех в соответствии с заданной стратегией таким образом, чтобы оптимизировать эффективность помехи.

Заметим, что эффективность гармонической помехи, действующей в том же канале, в котором находится и сигнал, зависит от разности фаз между помехой и сигналом. При неблагоприятных фазовых соотношениях и равенстве помеха может полностью подавить полезный сигнал.

Средняя мощность передатчика полигармонической помехи в случае равномерного распределения узкополосных помех по всем частотным каналам диапазона СРС должна быть в раз больше мощности полезного сигнала. Таков энергетический выигрыш СРС с ППРЧ при воздействии на нее полигармонической помехи. В простейшей одноканальной СРС с ППРЧ доля частотных каналов, пораженных полигармонической помехой . В этом случае одна гармоническая помеха при воздействии на СРС с ППРЧ, имеющей, например каналов, может привести к появлению ошибки с вероятностью , что явно недопустимо при цифровой передаче информации.

Такие простейшие СРС не могут использоваться в условиях РЭП и требуется разработка более помехоустойчивых СРС.

Основными методами постановки многотональных помех СРС с -ичной ЧМ являются :

А. Метод «полосового подавления», сущность которого состоит в распределении немодулированных сигналов в каждой -ичиой полосе, . При этом каждая -ичная полоса содержит или точно тонов, или не содержит ни одного тона.

Б. Метод «независимого многотонального подавления» заключается в случайном распределении немодулированных сигналов по сегментам ППРЧ в полосе , при котором постановщик помех не управляет их числом в отдельных каналах СРС.

На рис. 1.25 изображены указанные методы многотонального подавления (А и Б) для случая, когда частотная полоса сегмента равна , где .

Эффективность методов подавления А и Б зависит от априорной информации о характеристиках сигналов -ичной СРС. Так, метод «полосового подавления» применяется в случае, когда постановщику помех известна частота -ичного сегмента и имеется возможность разместить помеху в поражаемый сегмент.

Учитывая изложенное, а также соотношение (1.49), для пораженных помехами -ичных сегментов при методе «полосового подавления» (по аналогии с параметром в случае шумовой помехи в части полосы)

(1.50)

Так как стратегия метода «полосового подавления» требует, чтобы -ичная полоса содержала или точно тонов, или ни одного, то -ичная полоса будет подавляться с вероятностью

Из (1.51) следует, что метод «полосового подавления» наиболее эффективен при . Метод «независимого многоканального подавления» не требует таких допущений (как метод А), поэтому при вероятность подавления -ичной полосы

(1.52)

или при больших отношениях вероятность подавления .

В силу того, что одной гармонической помехи достаточно, чтобы вызвать ошибку в -ичном символе, а постановщику помех неизвестна последовательность переключения частот, то он попытается охватить помехами как можно больше -ичных полос, максимизируя тем самым вероятность подавления .

Имеющуюся мощность СП наиболее рационально можно использовать при создании ответных помех. Мощность передатчика помех в этом случае концентрируется лишь в полосе частот основного или дополнительного (или основного и дополнительного) каналов подавляемой СРС и только во время ее работы. В качестве ответной помехи могут применяться шумовая и узкополосная (гармоническая) помеха (рис. 1.24,г), а также комбинация шумовой и узкополосной помех.

Ответные помехи в определенной степени являются копией частотных элементов сигнала подавляемой СРС. Это может привести к тому, что на приемной стороне СРС с ППРЧ и ЧМ такие помехи могут быть восприняты как полезные сигналы своего корреспондента. В общем же случае ответные помехи могут представлять собой модулированные шумом перехваченные частотные элементы сигнала с ППРЧ. Моделью таких помех является стационарный узкополосный гауссовский процесс.

Для применения ответных помех станция РТР должна осуществлять анализ радиоэлектронной обстановки и выбор на этой основе СРС, подлежащей подавлению. При отсутствии приема сигналов от СРС излучение помехи прекращается и станция РТР переходит в режим поиска сигналов СРС. В результате повышается пропускная способность СП, лучше обеспечивается ЭМС этих СП с другими РЭС. Следует отметить, что ответная помеха особенно эффективна против СРС с межсимвольной (медленной) ППРЧ. Применение в СРС скачков частоты с малой длительностью, случайной ЧМ, а также соответствующее размещение передатчика и приемника СРС относительно СП в принципе позволяют обеспечить «уход» сигналов СРС от перехвата, что, в конечном счете, может полностью исключить воздействие ответной помехи на приемник СРС.

Ответные помехи с точки зрения энергетических возможностей являются одними из эффективных для подавления СРС с ППРЧ. Их эффективность не зависит от коэффициента выигрыша, который имеет СРС за счет расширения спектра сигналов методом перестройки частоты. Однако создание ответных помех СРС с ППРЧ за сравнительно короткое время передачи частотных элементов сигнала (скачков частоты) наталкивается на технические и организационные трудности.

Серьезной проблемой, с которой сталкиваются, при создании ответных помех, является не только ограничения по времени передачи помех, но и ограничения по мощности станции помех. Если одновременно перехватывается несколько сигналов в различных частотных каналах, то СП вынуждена либо распределять свою мощность между этими сигналами равномерно, либо попытаться выделить сигналы только подлежащей подавлению СРС.

Кроме организованных помех в трактах приемника СРС неизбежно присутствуют собственные (тепловые) шумы. Общепринято, что собственные шумы на входе приемника СРС представляют собой стационарный нормальный случайный процесс с нулевым средним и энергетическим спектром до . Величина (Вт/Гц) называется двусторонней спектральной плотностью мощности шумов. При оценке характеристик реальных приемных устройств используется односторонняя (физическая) спектральная плотность мощности собственных шумов , которая равна нулю при (рис.1.26).

При работе СРС с ППРЧ в окружении других радиоэлектронных средств (РЭС) на приемное устройство СРС действуют мешающие сигналы этих средств, так называемые непреднамеренные (взаимные) помехи.

Анализ влияния непреднамеренных помех на СРС относится к области обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС). В общем случае под ЭМС понимается способность СРС совместно функционировать с требуемыми значениями показателей качества при воздействии непреднамеренных помех на приемные устройства СРС и не создавать недопустимые помехи приемным устройствам других РЭС. Проблема ЭМС, перекрываясь частично с проблемой помехоустойчивости СРС, тем не менее, имеет существенные отличия в составе рассматриваемых мешающих воздействии (помех), каналах проникновения непреднамеренных помех в приемные устройства СРС, целях и задачах, а также в методическом обеспечении их решения.

В связи с этим воздействие непреднамеренных помех на СРС с ППРЧ в дальнейшем не рассматривается.