Модель, обеспечивающая аппроксимацию состояния радиоканала составной радиолинии потоком совпадений бинарных случайных импульсных последовательностей

Размещено на http://www.allbest.ru/

¹Военная академия связи (ВАС), Санкт-Петербург, Россия

Модель, обеспечивающая аппроксимацию состояния радиоканала составной радиолинии потоком совпадений бинарных случайных импульсных последовательностей

Н. А. Пылаев¹, В. И. Дмитриев¹

Аннотация

В статье представлена модель составной радиолинии подвижный объект - ретранслятор связи на беспилотном летательном аппарате - подвижный объект в виде потока совпадений двух независимых случайных импульсных последовательностей, аппроксимирующих состояния составляющих ее радиоканалов между подвижными объектами и ретранслятором связи на беспилотном летательном аппарате.

Ключевые слова: ретранслятор связи на беспилотном летательном аппарате; беспилотный летательный аппарат; модель радиоканала; случайный импульсный поток.

Abstract

The article presents model of composite radio link through relay communication on unmanned aerial vehicle in form of coincidence's sequence of two independent random impulse sequences.

Keywords: relay communication on unmanned aerial vehicle; unmanned aerial vehicle; model radio channel; random impulse sequences.

В настоящее время одним из перспективных направлений применения беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) является их использование в качестве носителей ретрансляторов связи (РС). Использование РС на БПЛА в сравнении с наземными ретрансляторами позволяет значительно увеличить дальность связи в УКВ диапазоне и позволяет в кратчайшие сроки развертывать сети радиосвязи на необорудованной территории.

Проведенные в Военной академии связи испытания показали возможность организации связи с помощью РС на БПЛА с использованием комплекса средств связи в диапазоне частот 1,5…1,75 ГГц. Однако при обеспечении связи в данном диапазоне частот, значительное влияние на состояние радиоканала между подвижным объектом (ПО) и РС на БПЛА оказывает рельеф местности, что требует необходимости учета данного фактора.

В данной статье предлагается модель, аппроксимирующая состояние составной радиолинии через РС на БПЛА потоком совпадений случайных импульсных последовательностей.

Модель состояния составной радиолинии в виде потока совпадений случайных импульсных последовательностей

Модель составной радиолинии, обеспечивающей передачу сообщений между двумя подвижными объектами с использованием РС на БПЛА, можно представить в виде двух независимых радиоканалов - между первым ПО (ПО1) и РС на БПЛА, и между РС на БПЛА и вторым ПО (ПО2) (рисунок 1).

При перемещении ПО вследствие изменения степени затенения трассы распространения сигнала рельефом местности и растительностью, уровень мощности сигнала в точке приема изменяется случайным образом. В отдельные промежутки времени, когда подвижный объект будет находиться в зоне затенения, значение уровня мощности сигнала в точке приема будет опускаться ниже порогового значения, в результате чего состояние радиоканала будет непригодным для передачи сообщений. Таким образом, радиоканал между ПО и РС на БПЛА при перемещении подвижного объекта представляет собой канал прерывистой связи.

Динамика функционирования канала прерывистой связи описывается последовательной сменой состояний [1]: пригодного для передачи сообщений с заданной достоверностью и непригодного состояния радиоканала с длительностями и , соответственно.

Указанное обстоятельство позволяет представить математическую модель изменения состояний радиоканала между ПО и РС на БПЛА в виде случайного импульсного потока со случайными длительностями импульсов и скважностью между ними , а математическую модель функционирования радиолинии ПО1-РС на БПЛА-ПО2 в виде потока совпадений двух независимых случайных импульсных потоков (рисунок 2).

Рис. 1. Модель составной радиолинии ПО1 - РС на БПЛА - ПО2

Рис. 2. Модель составной радиолинии ПО1-РС на БПЛА-ПО2 в виде потока совпадений двух независимых случайных импульсных потоков

Модель изменения состояний радиоканала ПО-РС на БПЛА представляет собой стационарный (в широком смысле) поток взаимно неперекрывающихся во времени прямоугольных импульсов (рисунок 3), когда

,(1)

где - интервал времени между моментами появления смежных импульсов, - момент появления i-го импульса, - длительность i-го импульса.

Форма и амплитуда импульсов, по сути, не имеют принципиального значения и могут быть выбраны произвольно. Основными параметрами потока при решении данной задачи являются длительность импульсов и длительность пауз между ними.

Математические ожидания длительности импульса и длительности паузы стационарного импульсного потока соответственно, равны

где - плотность распределения случайной величины - плотность распределения случайной величины .

Рис. 3. Вариант реализации случайного импульсного потока

Для решения поставленной научной задачи нас будет интересовать процесс совпадения импульсов ряда стационарных (в широком смысле) и независимых потоков каждый из которых удовлетворяет требованию (1).

В рассматриваемой модели количество случайных импульсных потоков .

Совпадение двух и более импульсов условимся считать состоявшимся, если их длительности перекрываются хотя бы частично. Импульс, образованный в результате перекрытия во времени заданного числа импульсов, будем называть импульсом совпадения.

Случайный импульсных поток характеризует состояние радиоканала ПО1 - РС на БПЛА, где длительность импульса соответствует длительности пригодного состояния радиоканала, а длительность паузы соответствует длительности непригодного состояния радиоканала.

Случайный импульсных поток характеризует состояние радиоканала РС на БПЛА - ПО2, где длительность импульса соответствует длительности пригодного состояния радиоканала, а длительность паузы соответствует длительности непригодного состояния радиоканала.

Случайный поток импульсов совпадений характеризует состояние радиолинии ПО1 - РС на БПЛА-ПО2, где длительностям импульса и паузы соответствует длительности пригодного и непригодного состояния радиолинии.

Исходными данными в предлагаемой математической модели являются плотности распределения длительностей следующих случайных интервалов времени:

- длительности пригодного для передачи сообщений состояния радиоканала ПО1-РС на БПЛА;

- длительности непригодного состояния радиоканала ПО1 - РС на БПЛА; радиолиния ретранслятор связь импульсный

- пригодного для передачи сообщений состояния радиоканала РС на БПЛА - ПО2;

- длительности непригодного состояния радиоканала РС на БПЛА - ПО2.

Решение задачи о совпадении импульсов ряда стационарных (в широком смысле) и независимых потоков может быть найдено на базе математической модели, предложенной в [2]. Современные вычислительные средства позволяют решить данную задачу посредством имитационного моделирования.

В настоящее время отсутствуют какие-либо экспериментальные данные подтверждающие теоретические предположения о распределении длительностей пригодных и непригодных состояний радиоканалов с БПЛА. Для определения средних значений длительностей пригодного и непригодного состояний каналов был проведен вычислительный эксперимент с использованием учебной цифровой картографической модели участка местности со среднепересеченным рельефом.

Эксперимент проводился в два этапа. На первом этапе осуществлялся сбор статистических данных о протяженностях маршрутов перемещения ПО в зонах видимости и зонах затенения относительно РС на БПЛА. После чего производился расчет временных интервалов нахождения ПО объекта в указанных зонах, значения которых соответствуют длительностям пригодного и непригодного состояния радиоканала.

На втором этапе осуществлялась обработка первичного статистического материала, оценка параметров распределений длительностей пригодных и непригодных состояний радиоканалов и построение соответствующих статистических рядов в виде гистограмм.

Для упрощения проведения эксперимента были введены следующие допущения:

? БПЛА барражирует в достаточно малом относительно рассматриваемого участка местности районе, что позволяет считать координаты его местоположения постоянными;

? при распространении электромагнитных волн на интервале ПО - РС на БПЛА отсутствует дифракция на естественных препятствиях местности [3], поэтому состояние радиоканала ПО - РС на БПЛА определяется наличием или отсутствием оптической видимости между корреспондентами;

? подвижные объекты перемещаются равномерно со скоростью 10 м/с.

Результаты эксперимента для высоты подъема была 100 м представлены на рисунках 4-7.

Рис. 4. Распределение длительностей пригодного состояния радиоканала ПО1-РС на БПЛА

Рис. 5. Распределение длительностей непригодного состояния радиоканала ПО1-РС на БПЛА

Рис. 6. Распределение длительностей пригодного состояния радиоканала РС на БПЛА-ПО2

Рис. 7. Распределение длительностей непригодного состояния радиоканала РС на БПЛА-ПО2

Заключение

Распределения длительностей пригодных и непригодных для передачи сообщений состояний радиоканалов между ПО и РС на БПЛА имеют близкие к экспоненциальной функции распределения вероятностей, параметры которых находятся в конкретных интервалах величин.

На основе полученных статистических данных были определены оценки математических ожиданий, дисперсий и среднеквадратических отклонений длительностей пригодного и непригодного состояний радиоканала ПО - РС на БПЛА.

Полученные результаты могут использоваться в предложенной математической модели радиолинии ПО1 - РС на БПЛА - ПО2.

Литература

1. Семисошенко, М. А. Управление автоматизированными сетями декаметровой связи в условиях сложной радиоэлектронной обстановки : монография / М. А. Семисошенко. - СПб. : ВАС, 1997. - 364 с.

2. Седякин, Н. М. Элементы теории случайных импульсных потоков / Н. М. Седякин. - М. : Сов. радио, 1965. ? 263 с.

3. Долуханов, М. П. Распространение радиоволн / М. П. Долуханов. - М. : Связь, 1972. - 336 с.

Размещено на Allbest.ru