 |
 |
 |
 |
Вопросы перехода от общей стохастической модели сигнала к более простым - квазидетерминированным и детерминированным моделям более подробно рассмотрены в [4].
Глава 2.
ПОМЕХИ РАДИОПРИЕМУ И ИХ МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ
2.1. Предварительные замечания
Высокочастотные колебания, действующие на входе радиоприемного устройства, при достаточно общих предположениях можно представить в виде
sit)k(t)eit)+n{t). (2.1)
Здесь e{t) - передаваемый сигнал; k(t) - коэффициент, характеризующий мультипликативную помеху; n(t) - аддитивная помеха. Мультипликативная помеха, т. е. помеха, непосредственно воздействующая на структуру самого сигнала, возникает в радиосистемах в тех случаях, когда характеристики канала передачи вследствие каких-то случайных причин изменяются во времени. Мультипликативная помеха содержит две составляющие, из которых одна - ku(t) - характеризует медленные изменения коэффициента k(t) во времени, а вторая - kit) - быстрые. Таким образом,
k{t)k{t)ke(t). (2.2)
Мультипликативные помехи более подробно рассмотрены в гл. 3. Настоящая глава посвящена аддитивным помехам, которые в дальнейшем будут просто называться помехами.
2.2. Виды помех
Помехи радиоприему имеют весьма разнообразный и сложный характер, что создает определенные трудности при их классификации. Классификацию помех можно проводить по различным признакам, в частности, можно различать помехи по законам распределения, виду корреляции, характеру стационарности, механизму возникновения.
По законам распределения разделяют помехи на гауссовские и негауссовские. Такое разделение удобно вследствие того, что значительная часть наиболее характерных помех имеет гауссовское (нормальное) распределение, а многие другие помехи могут быть сведены к гауссовским. Негауссовские помехи можно разбить на несколько групп в соответствии с характером распределения (Рэлея, Лапласа, Вейбулла и др.).
Хотя для реальной помехи энергетический спектр существенно зависит от частоты, в случае использования узкополосных сигналов спектр помехи можно считать равномерным в пределах рабочей полосы, согласованной со спектром сигнала. Помехи с равномерным спектром, имеющие характер «белого шума», в условиях практической реализации всегда ограничены по полосе.
По характеру стационарности различают помехи стационарные и нестационарные. Как уже отмечалось в гл. 1, случайный процесс называют стационарным, если его функции распределения любого порядка не зависят от положения начала отсчета времени. Случайный процесс является нестационарным, если его вероятностные характеристики зависят от выбранного начала отсчета времени.
При рассмотрении вопросов обнаружения сигнала в помехах часто предполагают, что помехи имеют характер стационарного случайного процесса с нормальным распределением. Такие помехи называют флуктуационными. Однако некоторые виды помех, например импульсные, имеют характер нестационарного процесса.
По механизму возникновения помехи разделяют на естественные, индустриальные, системные и искусственные. Помехи могут быть активными и пассивными. Активные помехи всех этих видов могут создавать мешающее действие для самых различных радиотехнических систем радиосвязи, радионавигации и радиолокации. Для радиолокационных систем весьма важное значение, наряду с активными помехами, имеют также помехи пассивные, из которых наиболее сильно выражены помехи, возникающие за счет отражения сигналов, излучаемых передатчиком радиолокационной станции от земной или морской поверхности.
Естественные активные помехи разделяют на внутриприемные, космические и атмосферные. Внутриприемными помехами называют шумы, возникающие в радиоприемном тракте. Эти шумы обусловлены главным образом тепловыми шумами во входных пассивных цепях приемника и флуктуационными процессами в полупроводниковых (ламповых) устройствах первых каскадов. Космические помехи создаются произвольно изменяющимися во времени излучениями Метагалактики. На этот общий фон накладываются радиоизлучения мощных дискретных источников - планет и звезд. Атмосферные помехи обусловлены грозовыми разрядами между разноименно заряженными массами воздуха, паров воды и земли. На поле атмосферных помех влияют как ближние местные грозы, так и дальние электрические разряды в атмосфере, обязанные своим происхождением мировым очагам интенсивной грозовой деятельности.
Индустриальными помехами называются помехи, которые создаются электрическими и электронными устройствами. Индустриальные помехи обычно имеют импульсный характер. Импульсные помехи представляют собой отдельные импульсы или последовательности импульсов, имеющих произвольную форму, амплитуду и значение интервалов между импульсами, причем обычно дли-
телыюсть интервалов значительно превышает длительность самих импульсов.
Системные помехи, создаваемые радиотехническими средствами, в первую очередь радиостанциями, называют также сосредоточенными помехами, так как их энергия заключена в узком частотном интервале. Сигналы на входе приемника, образованные системными помехами, обусловлены работой как ближних, так и дальних радиостанций. При этом в ряде случаев определяющее значение могут иметь сигналы дальних радиостанций, число которых весьма велико.
Активные системные помехи могут возникать не только при близких несущих частотах передающих устройств радиосредств, но и вследствие внеполосного и побочного излучений радиопередатчиков. При определенных условиях мешающее действие оказывают также пассивные системные помехи, обусловленные переотражением сигналов других радиосредств от земной или морской поверхности. Устранение или по крайней мере существенное ослабление системных («взаимных») помех требует решения сложной задачи электромагнитной совместимости (ЭМС). Проблемы ЭМС рассмотрены в ряде работ, например в [18].
Искусственные помехи, которые могут быть как активными, так и пассивными, широко использовались для создания мешающего действия радиосредствам в ходе второй мировой войны, войн в Корее и на Ближнем Востоке. Массированное использование помех в процессе военных действий является одной из форм «радиоэлектронной войны». Активные искусственные помгхи могут быть шумовыми или синусоидальными с использованием различных видов модуляции. Искусственные пассивные помехи создают помеховый фон, затрудняющий выделение полезного сигнала, а также имитируют ложные цели.
2.3. Зависимость уровня помех от частоты
В различных диапазонах частот активные помехи проявляют себя неодинаково. Внутриприемные шумы возникают в широком диапазоне частот, однако только на достаточно высоких частотах (примерно 300 МГц) они имеют существенное или даже в некоторых случаях преобладающее значение. На более низких частотах их уровень оказывается существенно ниже уровня других видов помех.
Космические шумы, действующие на входе наземных радиоприемников, находятся в частотном диапазоне примерно 10 МГц... ... 10 ГГц. На частотах ниже 10 МГц космические шумы в значительной степени затухают из-за ионосферного поглощения и отражений. Средний уровень космических шумов заметно уменьшается с ростом частоты. Некоторые исследователи считают, что уровень шумов изменяется по закону X", где К - длина волны, а значение п для большей части радиочастотного спектра находится в пределах 2...2,7. В определенной области частот имеется ру-
0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95