Совершенствование методов и средств оценки радиопомех от автотранспорта

Хорошо известно, что в результате успехов радиотехники за последние несколько десятков лет чуЬтвительность радиоприемников достигла таких значений, при которых минимальный уровень сигнала, необходимый для згверенного приема, определяется не этой чувствительностью, а ЭМО в месте расположения приемного устройства, то есть совокупностью действующих в этом месте РП различного происхоадения. Одним из видов РП, существенно влияющих на ЭМО, являются так называемые ИРП, создаваемые электроустройствами и участками электросетей, не предназначенными для излучения ВЧ электромагнитных колебаний. Повышение уровня энерговооруженности сферы деятельности человека привело в последние годы к качественно новой ситуации, когда практически все виды радиоприемных устройств осуществляют прием полезного сигнала на фоне ИРП. Поэтому в развитых странах проводится комплекс мероприятий по борьбе с ИРП. Возникшая необходимость разработки меадународных рекомендаций по борьбе с ИРП привела к образованию специальных комитетов в рамках МЭК, МСЭ и других организаций. В частности, в рамках МЭК в 1934 году был образован Международный специальный комитет по радиопомехам СИСПР, предназначенный для координации усилий по решению этой важной проблемы. Одной из основных задач СИСПР является разработка международных норм на допустимые уровни ИРП от различных источников. Исследования, проведенные в СССР и ряде других стран, показали, что уровень ИРП, поступающих на вход приемника, определяется, как правило, отдельным источником или грутшсй однотипных источников. Поэтому для ИРП в определенной территориальной зоне характерна возможность выделения элементарных процессов, кавдый из которых происходит с некоторой вероятностью и имеет индивидуальные особенности, В частности, можно выделить процессы ЙРП вблизи автомагистралей, в районах заводов и фабрик, ЛЭП, электрифицированных железных дорог и др. Исследования показали, что существенное влияние ИРП простирается до диапазонов ОВЧ, УВЧ, Установлено, что в полосе частот > 20−1000 МГц доминирующим источником ИРП в городах, промышленных / центрах и крупных населенных пунктах является автотранспорт.] ШЕ от автотранспорта определяют ЭМО на трассах сухопутной подвижной радиосвязи и оказывают существенное мешающее действие приему сигналов радиосвязи и телевидения, в том числе спутниковых систем связи. Для более полного удовлетворения потребностей народного хозяйства и населения в услугах связи, решениями ХХУ1 съезда КПСС цредусмотрено дальнейшее развитие и повышение надежности сетей радиосвязи, телевидения, радиовещания, в том числе на основе более широкого использования искуственных спутников Земли. Однако из сказанного выше ясно, что повышение качества названных услуг связи невозможно без проведения мероприятий по борьбе с ЙРП, и прежде всего, с ИРП от автотранспорта. Опыт борьбы с ИРП показывает, что наиболее эффективны комплексные системы устранения ИРП отдельным радиосетям и группам радиосетей, сочетающие такие мероприятия как оптимальное планирование радиосетей (в том числе оптимальное размещение радиоприменых центров), помехоподавление у источников ИРП и в радиоцриемных установках, Исходным материалом для построения таких комплексных систj^ eM являются сведения по ИРП на входе типового приемного устройства. Из сказанного следует, что одна из основных задач рассматриваемой проблемы — сбор данных по ИРПописание и прогнозирование ЭМО, обусловленной ИРП. Самостоятельной и весьма серьезной является также задача подавления ИРП у их источников. Две сформулированные выше задачи можно полностью отнести к проблеме автомобильных ИРП, учитывая их значимость. Таким образом, можно говорить о задаче описания и прогнозирования ИРП от автотранспортных потоков, а также о задаче ограничения ИРП на самом автомобиле. Вторая задача казалось бы однозначно решена введением норм на допустимые уровни ИРП, которые контролируются при выпуске автомобилей. Однако практика показала, что в процессе эксплуатации по ряду причин уровни ИРП могут возрастать и действующий автомобильный парк может не соответствовать нормам на ИРП, Это делает актуальной проблему организации контроля ИРП от автомобилей действующего парка с целью поддержания его соответствия установленным нормам, что, в свою очередь, требует разработки достаточно простых и надежных методов оценки ИРП от автомобилей. Настоящая работа посвящена совершенствованию моделей суммарных процессов ИРП от автотранспортных потоков, с целью более точного их описания и прогнозирования, а также разработке методов и средств измерения параметров этих ИРП с целью получения данных, необходимых для работы с моделями, В работе также решается задача разработки простого метода, необходимого для организации системы контроля уровней ИРП от автомобилей, находящихся в эксплуатации. Таким образом, работа направлена на совершенствование элементов комплексной системы устранения ИРП радиосетям. Работа состоит из четырех глав и шести приложений. Первая глава содержит обзор отечественной и зарубежной литера-' туры по теме, анализ и сопоставление различных подходов к решению перечисленных выше задач, формулировку задач исследований. Во второй главе рассмотрены следующие вопросы исследования суммарных процессов ИРП от автотранспортных потоков: разработка аналитической модели процесса, учитывающей его тонкую структуру, планирование экспериментальных работ и разработка специальной измерительной аппаратуры, анализ экспериментальных данных, в том числе сопоставление теоретической модели и наблюдений. В третьей главе представлена зщрощенная энергетическая модель ИРП от автотранспортных потоков, связывающая параметры ЭМО с параметрами транспортных потоков и с характеристиками И Ш от отдельных автомобилейпредложен метод определения этих характеристикприведены данные статистического обследования автомобилей, находящихся в эксплуатации, необходимые для работы с моделью. Четвертая глава содержит материалы разработки оперативных методов контроля ИРП, представлен расчет надежности результатов, получаемых с помощью предлагаемого оперативного метода. Приложения содержат проекты НТД на методы контроля И Ш от автомобилейсправку о соответствии автотранспортных средств, находящихся в эксплуатации, действующей нормативно-технической документации на И Ш, а также сведения, подтверждающие внедрение полученных в работе результатов в народное хозяйство. В результате выполнения работы получены следующие основные новые научные результаты.1. Разработана модель суммарных процессов ИРП от автотранспортных потоков более точно, по сравнению с известными моделями, описывающая временные флуктуации процесса, учитывающая, кроме средней плотности потока импульсов, такие параметры, как дисперсия и функция корреляции этой плотности. Модель предназначена для оценки ЭМО в зоне действия ИРП от автомобилей.2. Разработан расчетный аппарат для определения средних уровней сушяарного поля ИРП в точке приёма, удаленной от магистрали, либо движущейся в потоке автомобилей, учитывающий группирование транспортных потоков.3, Разработан метод корреляционного анализа импульсных случайных процессов, использующий выборочные процедуры, приводящие к смещению оценок распределений, позволяющий определять функции корреляции и дисперсии с помощью простейших операций вычислительной техники.4, Создана аппаратура, предназначенная для исследований специального класса случайных процессов — индустриальных радиопомех.5, Разработан метод измерений, предназначенный для статистических исследований уровней ИРП от автомобилей действующего парка.6, Получены статистические данные по уровням ИРП от автомобилей действующего парка страны, и проведен анализ соответствия парка нормам на ИРП.

7, Получены данные о стохастической зависимости между напряженностью поля ИРП от автомобиля в дальней зоне и токагли ИРП, наводимыми в цепях электрооборудования и в проводе заземления кузова автомобиля, а также напряжением ИРП, наводимым на пластинную антенну, расположенную под двигателем автомобиля.8, Разработана методика расчета надежности методов измерений ИРП, эквивалентных стандартному.9, Разработан предельно простой метод измерений, необходимый для организации контроля ИРП от автомобилей действующего парка. Значительную часть представленного в работе материала составляют статистические выводы, базирующиеся на экспериментальных данных, В организации и проведении экспериментальных работ по исследованию ИРП от автомобилей большая помощь была оказана автору • сотрудниками Всесоюзного научно-исследовательского автополигона НАМИ и Волжского автозавода им.50-летия СССР, а также сотрудниками по Ленинградскому отделению Гос. НИИ Радио. II.

4.6. Выводы.

1. Значения коэффициентов корреляции между результатами измерений по стандартному методу и методу пластинной антенны увеличиваются с ростом частоты и на частотах выше 200 МГц достигают приемлемых значений.

2. Оптимальный вариант комбинаций контрольных частот при измерениях методом пластинной антенны — 220 — 700 МГц.

3. При принятии решения о соответствии отдельного автомобиля нормам во всей нормируемой полосе частот (30−1000 МГц) по результатам измерений методом пластинной антенны на частотах 220 и 700 МГц вероятность нфабраковать дефектный автомобиль — 50%, а забраковать цригодный — 4% f°.

4. Метод пластинной антенны -^^инственное, что можно сегодня предложить в качестве экспресс-измерений ИРП от автомобилей, несмотря на его невысокую надежность /107/, /108/. Поиски путей совершенствования оперативных методов измерений ИРП должны быть продолжены.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Итогом выполнения диссертационной работы являются следующие новые результаты: уточнена модель суммарных процессов ИРП от автотранспортных потоков, учитывающая, в отличие от известных моделей, тенденцию процесса к группированиюпредложена упрощенная энергетическая модель ИРП от автотранспортных потоков, являющаяся расчетным аппаратом суммарного поля ИРП в точке приема, удаленной от магистрали, либо движущейся в потоке автомобилей, учитывающая группирование транспортных потоковразработан метод измерений, предназначенный для статистических исследований уровней ИРП от автомобилей действующего паркапредложен метод оперативного контроля ИРП от автомобилей, находящихся в эксплуатацииразработан аппаратурный метод корреляционного анализа случайных импульсных потоков, использующий эффект смещенной выборкиспроектирован и изготовлен многофункциональный статистический анализатор случайных процессов.

Исследования, проведенные в ходе выполнения работы, позволяют сделать следующие научные и практические выводы:

I. Поле ИРП в точке, удаленной от автотрассы, либо движущейся вдоль этой трассы, следует рассматривать как совокупность элементарных возмущений случайной интенсивности и моментов появления. Распределение интенсивностей возмущений — логарифмически нормальномоменты появления расцределены по закону Пуассона с плотностью, являющейся случайным нормальным Марковским процессом. Указанная совокупность возмущений принята в качестве модели ИРП от автомобильного потока.

Для полного описания изменений во времени такого процесса недостаточно знания средней плотности потока элементарных возмущений — необходимо также знать функцию корреляции и дисперсию этой плотности. Они могут быть оцределены с помощью специально разработанного нами многофункционального анализатора случайных процессов.

2. Для многих случаев инженерной практики достаточно знать средний квадрат напряженности поля ИРП. Эта величина может быть найдена, исходя из упрощенной модели, в которой суммируются средние квадраты напряженности поля ИРП от отдельных автомобилей с учетом их удаленности от точки приема.

При расчете суммарного поля ИРП в точке цриема, удаленной от трассы, необходимо учитывать распределение потока автомобилей вдоль нее и находить распределение по времени суммарного поля ИРП, создаваемого автомобилями эффективной части потока, т. е. той части, учет которой достаточен для обеспечения требуемой точности расчета. Распределение потока вдоль трассы считаем эрлан-говским.

3. При движении точки цриема вместе с автомобильным потоком суммарное поле ИРП особенно сильно зависит от структуры этого потока. При движении точки в группе автомобилей уровень поля.

ИРП может возрастать по сравнению с движением в однородном потоке в 15 раз и более. Указанное возрастание может быть определено, исходя из упрощенной модели, учитывающей параметр транспортного потока, называемый вероятностью образования движущейся очереди из tl автомобилей.

4. Средний квадрат напряженности поля ИРП, создаваемых одним автомобилем на нормированном расстоянии на каждой из 14 контрольных частот, определенных ГОСТ 17 822–78, необходимый для работы с упрощенными моделями автомобильных штоков, может быть найден не только громоздким стандартным методом, а сравнительно простым методом. Последний состоит в измерении наибольшего значения вертикальной составляющей напряженности поля, создаваемого одним движущимся автомобилем в неподвижной точке на одной из частот, усреднении серии результатов таких измерений и пересчете их по определенному алгоритму на остальные 13 частот. При объеме выборки не менее 2000 автомобилей и доверительной вероятности 0,9 погрешность результатов, полученных таким методом по сравнению со стандартным, не превышает 1−2 дБ.

5. В настоящее время напряженность поля радиопомех, создаваемого автомобилями действующего парка, по ряду причин существенно превосходит нормы, установленные ГОСТ 17 822–78. Для устранения этого несоответствия необходимо: ввести в ежегодный технический осмотр автомобилей измерение радиопомехорганизовать производство и снабжение авторемонтных предприятий необходимым количеством современных помехоподавительных устройств.

6. Для измерения радиопомех при техосмотре автомобилей необходим предельно простой способ. В качестве такого способа предлагается проведение экспресс-измерений с помощью пластинной антенны. Пока этот способ единственно цриемлемый, хотя вероятность пропустить дефектный автомобиль составляет 50 $, а забраковать пригодный — 4%. Поэтому поиски путей совершенствования оперативных способов измерений помех должны быть продолжены.

Отдельные разделы работы в период с 1978 по 1983 г. докладывались и обсуждались на:

— научной конференции Лен. отделения НТОРЭС им. А. С. Попова;

— всесоюзном семинаре «Актуальные задачи повышенияпомехоустойчивости радиоприемных устройств» /101/;

— трех международных симпозиумах по ЭМС /104/, /106/, /107/, а также включены в отчеты по следующим НИР, проводимым по планам Министерства связи СССР и ПСРЧ СССР:

Исследование индустриальных радиопомех в городах применительно к условиям радиосвязи наземных подвижных служб", шифр «Поток» (№ гос.рег.71 016 174);

Разработка проектов норм на допускаемые уровни индустриальных радиопомех в диапазоне частот до 20 ГГц. Разработка стандартов", шифр «Мода» (№ гос.per.76 034 252);

Разработка методов контроля радиопомех от автотранспортных средств в условиях их эксплуатации", шифр «Маневр-2» (№ гос.per. 80 013 569);

Организация и проведение исследовательских работ по линии Международного специального комитета по радиопомехам (СИСПР) и научно-технического сотрудничества по линии СЭВ, ОСС", шифр «МНТС» (работа постоянная, №№ roc.per.79 015 960, 80 004 427, 81 008 194).

Разработанный для исследований ИРП анализатор случайных процессов (аппаратура АСП-40, № гос.per.76 034 252 /85/, /88/, /102/, /103/, защищенный 8 авторскими свидетельствами /86/, /87/, /95/—/100/, экспонировался в 1981 году на ВДНХ СССР и удостоен золотой медали Выставки. В настоящее время аппаратура используется в ЛОНИИР по тематике отдела ЭМС.

Разработанные модели суммарных процессов ИРП и полученные экспериментальные данные по уровням ИРП в районах автомагистралей (главы 2, 3 /104/) используются при проектировании систем сухопутной подвижной радиосвязи.

На основании материалов статистического обследования уровней ИРП от автомобилей действующего парка (п. 3.5, /105/) в 1983 году.

ЛОНИИР была составлена и представлена в ШЭ Минсвязи СССР «Справка о соответствии автотранспортных средств, находящихся в эксплуатации, действующей нормативно-технической документации на индустриальные радиопомехи» .

Материалы по разработке метода пластинной антенны (глава 4, /107/) были положены в основу сообщения Минсвязи СССР Государственной Комиссии по радиочастотам СССР по воцросу «Об организации контроля за соблюдением Общесоюзных норм допускаемых индустриальных радиопомех от систем зажигания автотранспорта, находящегося в эксплуатации». Решением ГКРЧ СССР от 25.07.83 г. метод пластинной антенны рекомендован для организации контроля ИРП от автомобилей действующего парка.

Указанные выше метриалы по методу пластинной антенны направлены в 1983 году на рассмотрение экспертов рабочей группы ЩД СИСПР в виде вклада советского национального комитета по вопросу «Контроль радиопомех от эксплуатируемых автомобилей» /108/.

Вклад был рассмотрен на сессии СИСПР 1984 года и рекомендован для публикации в виде отчета СИСПР.