УДК 621.396
реклама
УДК 621.396 Нуршабеков Ризат Рахатбекович – (Астана, Комитет связи и информатизации) Айтмагамбетов Алтай Зуфарович – к.т.н., доцент (Алматы, Казахская Академия транспорта и коммуникаций) ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ГОРНОГО РЕЛЬЕФА МЕСТНОСТИ ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ЗОН ОХВАТА РАДИОМОНИТОРИНГОМ В ОВЧ/УВЧ ПОЛОСЕ ЧАСТОТ Введение Хорошо известно, что с увеличением высот приемных антенн увеличиваются зоны охвата станций радиомониторинга (СРМ). Значительное увеличение физической высоты антенной мачты сопряжено с техническими трудностями и большими финансовыми затратами. Поэтому на практике увеличение эффективной высоты антенны СРМ добиваются путем ее расположения на возвышенности. Страны, имеющие горные участки территории, в ряде случаев могут обеспечить увеличение эффективной высоты антенны до значения 3000 м, фигурирующего в Рекомендации МСЭ-Р Р.1546 [1]. Разработанные в последнее время общая методология [2 - 4] и соответствующее программное обеспечение [5] для планирования сетей радиомониторинга, позволяют осуществить количественные оценки выгод от такого расположения антенн СРМ, а также проанализировать сопутствующие явления и разработать соответствующие рекомендации. Этим вопросам и посвящена данная статья. Использованный подход Ситуация с местонахождением г. Алматы в непосредственной близости к большому и высокому горному массиву обеспечивает прекрасную возможность провести данное исследование на конкретном примере, имеющем также большой потенциал по практическому применению в свете проводимых в настоящее время работ по модернизации национальной сети радиомониторинга Республики Казахстан. В соответствии с [2 - 4] и с использованием программного обеспечения, соответствующего описанию, которое приведено в [5], просчитывались зоны охвата радиомониторингом для ряда виртуальных мест установки стационарных СРМ в ОВЧ/УВЧ полосе частот, которые обеспечивают функцию пеленгации радиопередатчиков (или любых других источников излучений), с учетом их взаимодействия с подвижными станциями СРМ. После этого, анализировались полученные зоны охвата функциями пеленгации и местоопределения путем триангуляции. Что касается зон охвата местоопределением, соответствующим перекрывающимся участкам зон охвата пеленгацией, по меньшей мере, двух пеленгаторов, анализировались также распределения неопределенности местоопределения в пределах этих зон – так называемые «шаблоны неопределенности местоопределения» (ШНМ) [2 - 6]. В качестве испытательного передатчика выбран передатчик профессионального подвижного радио (PMR) мощностью 10 Вт на частоте 900 МГц с антенной высотой 6 м над уровнем поверхности Земли (антенна 3 м на крыше одноэтажного здания), что представляется хорошей моделью малой базовой станции. В качестве модели распространения радиоволн выбрана методология Рекомендации МСЭ-Р Р.1546-4 [1], которая в Приложении 5, §1.1 содержит специальный метод расчета, рекомендуемый применительно к радиомониторингу. Неопределенность пеленгации всех рассматриваемых СРМ принята равной 1° скв. Зоны охвата пеленгацией и местоопределением при расположении антенн СРМ на значительных высотах Стремясь увеличить эффективную высоту антенны СРМ нельзя забывать, что для функционирования станции необходима соответствующая инфраструктура и в первую очередь – электропитание и подъездной путь, который необходим даже в случае необслуживаемой автоматической станции для проведения техобслуживания и т.д. Поэтому на практике расположение СРМ и их антенн в горной местности ограничивается верхней границей обжитой зоны, где такая инфраструктура уже имеется. Рассмотрим две виртуальные стационарные СРМ, антенны которых расположены в предгорье южнее г. Алматы, как это представлено на Рис. 1, показывающем рельеф местности в данном районе. Антенна одной СРМ (КЕК) расположена в районе поселения Коклайсай на высоте 1506 м, а второй (BUT) – в районе поселения Бутаковка на высоте 1568 м. Физические высоты антенн СРМ приняты равными 10 м, поскольку в этих условиях физическая высота антенны практически не влияет на ее эффективную высоту, определяемую в соответствии с процедурой Рекомендации МСЭ-Р Р.1546 [1]. Более низкую физическую высоту антенн выбирать не рекомендуется по соображениям безопасности. Конкретные точки расположения антенн были тщательно подобраны с тем, чтобы обеспечить наибольший охват радиоконтролем (см. ниже). На Рис. 2 приведен ШНМ этих двух СРМ, границы которого (внешние границы совокупности окрашенных зон) соответствуют перекрывающимся зонам охвата пеленгацией обеих СРМ. Сплошным контуром, проходящем по периферии карты, отмечены границы общей зоны пеленгации обеих СРМ (на цветном рисунке это красная линия). Из Рис. 2 видно, что при таком расположении антенн СРМ обеспечивается радиомониторинг на очень большие расстояния в пределах примыкающей к горному массиву равнинной местности, особенно в северном и западном направлениях от Алматы - до 70 км и более. Из Рис. 2 также следует, что при таком расположении антенн СРМ южная часть г. Алматы обслуживается с неопределенностью местоопределения (НМО) в пределах 200 – 400 м, а северная часть – в пределах 400 – 600 м, что значительно облегчает допоиск (homing) радиопередатчика, если это необходимо, с помощью подвижной СРМ. Вместе с тем, вблизи внешних границ ШНМ, т.е. на расстояниях порядка 70 км от г. Алматы, величины НМО достигают очень больших значений – порядка 12 – 14 км. Таким образом, в данном случае в пределах ШНМ величина НМО изменяется в 70 раз! Как видно из Рис. 2 расположение антенн СРМ на значительных высотах является весьма эффективным, позволяя обслужить очень большие территории малым числом стационарных СРМ. Однако это сопряжено с необходимостью значительно более тщательного выбора конкретных точек размещения антенн СРМ на местности. В случае равнинного рельефа сдвиг точки установки антенны СРМ на несколько сот метров, а то и километров, оказывает малое влияние на общие зоны охвата радиомониторингом группы СРМ в сети. В горных условиях сдвиг точки даже на несколько десятков метров может привести к значительному сокращению зон охвата радиомониторингом соответствующей СРМ. Это также может оказать весьма негативные последствия на общую зону охвата местоопределением в условиях малого числа стационарных СРМ в локальной сети. В качестве примера на Рис. 3 приведен ШНМ при сдвиге антенны станции BUT всего на 100 м в южном направлении. В сравнении с Рис. 2 хорошо видны существенные негативные последствия такого сдвига. Поэтому, после компьютерного моделирования сети СРМ в горных условиях необходимо проведение тщательного обследования соответствующих земельных участков на местах с тщательной визуальной проверкой (с помощью бинокля) полной открытости трасс распространения радиоволн в сторону территории, подлежащей радиомониторингу. Рисунок 1. Расположение антенн двух виртуальных СРМ и рельеф рассматриваемой территории Рисунок 2. Обслуживание территории местоопределением при удачном размещении антенн обоих СРМ Рисунок 3. Обслуживание территории местоопределением при неудачном размещении антенны станции BUT Уменьшение вероятности негативного влияния отражений Вторым фактором, весьма характерным для горных условий, является наличие отражений от соседних горных хребтов [7] и этому обстоятельству необходимо уделять особое внимание в процессе выбора точек размещения антенн СРМ. Антенны СРМ целесообразно размещать на краях хребтов, выступающих в сторону территории, подлежащей радиомониторингу. Тем самым будет предотвращено влияние отражений от соседних хребтов той же или большей высоты. Влияние отражений от соседних хребтов меньшей высоты представляются менее вероятными. Как следует из Рис. 4, именно такой подход был применен к выбору точек расположения антенн станций КЕК и BUT. Если же антенна СРМ будет расположена в глубине между другими выступающими хребтами той же или большей высоты, как это указано на Рис. 4 станцией N, вероятность мешающего воздействия отражений значительно возрастает. Для предотвращения воздействия отражений от высоких хребтов, расположенных за СРМ (по отношению к территории, подлежащей радиомониторингу) может быть применено программное блокирование всех ложных пеленгов, вызванных такими отражениями [7]. В данном случае могут быть заблокированы пеленги, приходящие на станцию BUT вне сектора α, а на станцию КЕК в пределах сектора β, которые указаны на Рис. 2. На этой территории имеет место весьма малое число населенных пунктов с радиопередатчиками, представляющими потенциальный интерес для радиомониторинга, и где эффективный радиомониторинг практически не обеспечивается. Влияние наличия третьей станции на охват радиомониторингом В условиях горной местности добавление в сеть СРМ третьей станции имеет свои особенности. Как следует из Рис. 5, добавление третьей станции BES, антенна которой расположена в районе поселения Бескайнар на высоте 1580 м, не оказывает заметного влияния на НМО в пределах г. Алматы. Однако, как видно из сравнения Рис. 2 и 5, третья СРМ несколько расширяет общую зону охвата пеленгацией, особенно в северном и восточном направлениях, а также заметно уменьшает величины НМО в зонах, удаленных от данной группы СРМ. Так, в случае трех СРМ, в районе п. Жетиген НМО принимает значения 4 – 6 км (Рис. 5) вместо 8 – 10 км для случая двух СРМ (Рис. 2). Расположение третьей СРМ с ее антенной в городе, как это показано станцией ALM на Рис. 6, ведет к некоторому уменьшению НМО в ряде районов города, а именно там, где линии пеленгов от станций KEK-ALM и BUT-ALM пересекаются под углами, близкими к 90°, что полностью соответствует теории [3, 6]. В результате возникают четыре «пятна» с НМО 100 – 200 м. Путем соответствующего выбора точки расположеня антенны станции ALM в ряде случаев можно добиться того, чтобы, по меньшей мере, некоторые из этих «пятен» приходились бы на наиболее важные, с точки зрения радиомониторинга, районы города. Вместе с тем, поскольку при расположении в городе эффективная высота антенны станции ALM резко уменьшается, она не оказывает существенного влияния на условия обслуживания территорий, удаленных от г. Алматы, что видно из сравнения рисунков 2, 5 и 6. Кроме того, при расположении антенны СРМ на равнине вблизи горного массива увеличивается вероятность появления ложных пеленгов в результате отражений от этого массива [7]. Все эти факторы указывают, что полезность использования третьей станции при планировании сети СРМ в рассматриваемых условиях вызывает определенные сомнения. Администрация должна решить, оправдывает ли некоторое улучшение условий Рисунок 4. Уменьшение влияния отражений на процесс радиомониторинга Рис. 5. Обслуживание территории тремя СРМ, антенны которых расположены в предгорье Рис. 6. Обслуживание территории тремя СРМ при размещении антенны одной из них (ALM) в городе обслуживания территории тремя СРМ те затраты, которые требуется на установку третьей СРМ в сети. Особенности допоиска радиопередатчиков с помощью подвижных СРМ на больших расстояниях от группы стационарных СРМ, антенны которых расположены на значительных высотах Как видно из Рис. 2, 5 и 6 в рассматриваемом случае величины НМО на больших расстояниях от группы стационарных СРМ, антенны которых расположены на значительных высотах, принимают большие значения - до 14 км и более. Допоиск искомых радиопередатчиков с помощью подвижных СРМ в таких условиях имеет свои особенности. Этот вопрос детально рассмотрен в статье [8], которая фактически является продолжением данной работы. Заключение Горный рельеф местности может быть эффективно использован для значительного расширения зон обслуживания радиомониторингом малым числом стационарных СРМ в пределах равнинных территорий, примыкающих к горным массивам. Вместе с тем, в этих условиях значительно повышаются требования к надлежащему выбору точек установки антенн СРМ и проведению тщательного обследования соответствующих земельных участков на местах, с тем, чтобы гарантировать полную прямую видимость в сторону территории, подлежащей радиомониторингу. В заключение авторы хотели бы выразить благодарность к.т.н. Павлюку А.П. (Международный союз электросвязи) за полезные обсуждения по материалу статьи и помощь в проведении расчетов. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. ЛИТЕРАТУРА Рекомендация МСЭ-R P.1546-4 (10/09). Метод прогнозирования для трасс связи "пункта с зоной" для наземных служб в диапазоне частот от 30 МГц до 3000 МГц. Kogan V. V., Pavliouk A. P. Methodology of spectrum monitoring networks planning // Proceedings of the Seventeenth International Wroclaw Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility, EMC-2004. Wroclaw, Poland, June 2004. ITU Handbook. Spectrum Monitoring. Geneva, 2011.-659 p. Быховский М.А. (Ред.) Основы управления использованием радиочастотного спектра. Том 1: Международная и национальная системы управления РЧС. Радиоконтроль и радионадзор. М. URSS. 2012. -340 c. ITU Handbook. Computer-Aided Techniques for Spectrum Management (CAT). Geneva, 2005.-160 р. Kogan V.V., Pavliouk A.P. Analysis of location coverage templates in spectrum monitoring // Proceedings of the Seventeenth International Wroclaw Symposium and Exhibition on Electromagnetic Compatibility, EMC-2004. Wroclaw, Poland, June 2004. Нурматов Б.Н. Особенности радиопеленгации в условиях Кыргызской Республики. VI Международный симпозиум по электромагнитной совместимости и электромагнитной экологии, Санкт-Петербург, Россия, 21-24 июня 2005. Нуршабеков Р. Р., Айтмагамбетов А.З. Допоиск радиопередатчиков с помощью подвижных станций радиомониторинга // Вестник Каз АТК . Вып. 1, 2013. УДК 621.396 Нуршабеков Р.Р., Айтмагамбетов А.З. Использование горного рельефа местности для расширения зон охвата радиомониторингом в ОВЧ/УВЧ полосе частот // Вестник КазАТК. – Алматы, 2013. – №1. – С. Рассматриваются особенности планирования локальных сетей радиомониторинга в горной местности. Показано, что при расположении стационарных станций радиомониторинга в предгорьях на достаточно больших высотах обеспечивается охват радиомониторингом обширной территории в пределах прилегающей к горному массиву равнинной местности. Вместе с тем, в этих условиях существенно повышаются требования к надлежащему выбору точек установки антенн станций радиомониторинга, и по этому вопросу сформулированы соответствующие рекомендации. Жердің таулы рельефін ажж/ужж жиілік жолағында радиомониторинг қамтитын аймақты ұлғайту үшін қолдану Таулы аймақта радиомониторингтің локальді желілерді жоспарлау ерекшеліктері қарастырылады. Радиомониторингтің стационарлы станцияларын тау маңайында жоғары орында орналастырғанда, таулы массивке жақын орналасқан аймақ және тегістік жерлердегі үлкен территорияны радиомониторингпен қамту қамтамасыз етілетіні көрсетілген. Оған қоса, аталған жағдайда радиомониторинг станцияларының антенналарын орналастыру нүктелерін дұрыс таңдауды іске асыруға жоғары талаптар қойылады, сондықтан осы мәселеге арналған нұсқаулықтар келтірілген. Nurshabekov R.R., Aitmagambetov A.Z. Use of a mountainous relief of terrain for extending radio monitoring coverage areas in the VHF/UHF frequency range Features of planning of local radio monitoring networks in mountain regions are considered. It is shown that the installation of fixed radio monitoring stations in sub-mountain zones at enough sufficiently large heights provides the radio monitoring throughout large territories within smooth grounds adjoining mountain masses. At the same time, in these conditions requirements to an appropriate choice of monitoring station antenna sites are essentially raised and relevant recommendations on the matter are formulated. Нуршабеков Ризат Рахатбекович, председатель Комитета связи и информатизации Минтранскома РК, раб.тел.740324 , rizat.nurshabekov@gmail.com Айтмагамбетов Алтай Зуфарович, к.т.н., доцент, академик Международной академии связи, доцент кафедры РТ Каз АТК, 87012040921, раб.2924085, дом. 2925788, altayzf@mail.ru
