Основы радиотехнических методов получения и передачи информации

1.

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего образования
«МИРЭА – Российский технологический университет»
РТУ МИРЭА
ВОЕННЫЙ УЧЕБНЫЙ ЦЕНТР
КАФЕДРА ВОЗДУШНО-КОСМИЧЕСКИХ СИЛ
Дисциплина «Военно-специальная подготовка 01»
«Основы авиационной техники»
(ВУС – 141100, 541100)
Раздел № 1. Основы построения объектов
подавления авиационными средствами
радиоэлектронной борьбы.
Тема № 1. Основы радиотехнических методов
получения и передачи информации
Занятие № 1. Теоретические основы
радиотехнических методов
ВУЦ РТУ МИРЭА
17 февраля 2025 г.

2.

2
Занятие 1.1
«Основы
радиотехнических
методов
получения и передачи информации»
Лекция
Вопросы:
1. Принципы построения радиотехнических систем
получения и передачи информации;
2. Особенности распространения электромагнитных
волн различных диапазонов, применяемых
в авиационных РЭС.

3.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
5
Вопрос 1.
Радиоволны
возбуждаются
ускоренно
колеблющимися
электрическими зарядами (переменным током) в металлическом проводнике,
который называют антенной. В каждой точке возбуждаемого ЭМП действуют
два вектора напряженности электрического Е→ [В/м] и магнитного Н→ [А/м]
полей (рис. 1).
Е→
Z
П→→
Y
X
Н→
Рис. 1. Графическое представление распространяющейся ЭМВ

4.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
6
Векторы Е→, Н→ взаимно перпендикулярны и изменяются синфазно.
Направление
ЭМВ
и
плотность
потока
переносимой
энергии
(поток, проходящий через единицу поверхности в сек) определяются вектором
Умова-Пойтинга П→ = Е→ × Н→ [Вт/м2].
В вакууме и однородных средах ЭМВ распространяются прямолинейно
с скоростью света с0 = f λ = 3·108 м/с, где f - частота колебаний ЭМП; λ – длина
волны ( расстояние, проходимое ЭМВ за период Т = f -1 одного колебания).
В средах с относительными диэлектрической εr и магнитной
μr проницаемостями скорость распространения ЭМВ равна с= с0 / (εr μr)0,5.
Направление распространения ЭМВ называется лучом. Поверхность ЭМВ,
в каждой точке которой фаза волны одинакова, называется фронтом волны.
В зависимости от формы фронта различают:
- сферические ЭМВ (создаются точечным источником излучения);
- цилиндрические ЭМВ (создаются линейным источником излучения);
- плоские ЭМВ.

5.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
7
Пространственное положение вектора Е→ в течение периода
колебания называется поляризацией волны. Чаще всего используются:
- горизонтальная - вектор Е→ перпендикулярен плоскости падения;
- вертикальная - вектор Е→ лежит в плоскости падения;
- вращающаяся: правая (по часовой стрелке) и левая (против часовой стрелки)
поляризация.
Распространение ЭМВ в свободном пространстве сопровождается убыванием
плотности потока энергии обратно пропорционально пройденному
расстоянию:
в сферической волне амплитуда Е пропорциональна 1/ D,
а в цилиндрической - 1/ (D)0,5.
Мгновенные значения напряженностей ЭМП в любой точке описываются
волновыми уравнениями. Если закон изменения напряженности электрического
поля в т. АеА = ЕА cos[2 f t + 0], то в т. В, удаленную на расстояние D, волна
приходит с запаздыванием на время з = D/с и имеет вид:
еВ = ЕВ cos[2 f (t- з)+ 0] = ЕВ cos[2 f t - 2 f D/с + 0] =
= ЕВ cos[2 f t - 2 D/ λ + 0],
где: Е - амплитуда, f - частота, λ – длина, [2 f (t- з)+ 0] – фаза, 0 – начальная
фаза волны.

6.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
8
Информация, переносимая ЭМВ, представляется в виде закона
изменения одного из ее параметров: амплитуды, фазы, частоты, поляризации
или их совокупности.
При распространении ЭМВ в неоднородных средах возможны явления
отражения, дифракции, поглощения, рефракции и интерференции.
Отражение ЭМВ представляет процесс переизлучения ее от границы
двух сред. Характер отражения зависит от соотношения длины λ волны
и средней высоты h неровностей.
Зеркальное отражение (по законам геометрической оптики) имеет
место при h ≤ λ/16. В других случаях наблюдается диффузное (рассеянное)
отражение. Переизлучение лежит в основе радиолокационного обнаружения
объектов.
Дифракция – это явление огибания ЭМВ препятствий, линейные
размеры которых малы по сравнению с λ, рефракция – это искривление
траектории луча в неоднородной среде, – это явление сложения
при взаимодействии различных ЭМВ с учетом их фазовых соотношений.

7.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
9
Передача и получение информации с помощью электромагнитных
волн предполагает в общем случае наличие передатчика (источника
информации) их излучающего, среды распространения и приемника
электромагнитного излучения (получателя информации), что иллюстрируется
на рисунке 2.
Рис. 2. Обобщенная структурная схема, характеризующая процесс
формирования, передачи и приема информации.
Спектр электромагнитных волн, используемых в РЭС, очень широк.
Его состав представлен в таблице 2.
Практическое использование ЭМВ различных диапазонов волн легло
в основу деления РЭС на радиотехнические системы (РТС)
и оптико-электронные системы (ОЭС). В РТС для их функционирования
используется радиоизлучения, в ОЭС – используется диапазон оптического
излучения, характеристики которых представлены в таблице 3.

8.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
Таблица 2. Спектр электромагнитных волн, используемых в РЭС.
Название участка
спектра
Диапазон длин волн,
м
Диапазон частот,
МГц
Радиоизлучения
108… 10-4
3·10- 6… 3·106
Оптические излучения:
ИК, видимое, УФ
100∙10-6…0,76∙10-6;
0,76∙10-6…0,38∙10-6;
0,38∙10-6…0,1∙10-6
3·106…3·109
λ[м] =300/ f волн,
[МГц ]используемых в РЭС.
Таблица 3. Спектр электромагнитных
10

9.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
11
В авиационных РТС наибольшее применение нашли диапазоны: КВ, МВ, ДЦВ
и СМВ.
РТС, по сравнению с другими системами передачи информации, обладают
следующими достоинствами:
- способность устойчивого функционирования в любых метеоусловиях и в любое время
суток;
- максимально возможная скорость передачи информации (скорость света);
- наибольшая, по сравнению с другими системами, дальность передачи и приема
информации (дальность действия);
- способность передачи больших объемов информации.
Современные автоматические (автоматизированные) системы обработки
информации
и
управления
(АСОИУ)
содержат
различные
типы
РТС,
взаимодействующие друг с другом.
По функциональному назначению РТС делятся на следующие классы:
1. Системы передачи информации – системы связи (многоканальная, радиорелейная,
космическая, мобильная, телевидение, радиовещание и др.);
2. Системы извлечения информации о координатах, скоростях перемещения и
технических параметрах источников радиоизлучения (испускаемого или отражаемого):
средства радионавигации, радиолокации, радиотехнической разведки.
3. Системы искажения информации (противодействия работе других РЭС) – средства
РЭП.

10.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
12
Принцип передачи и приема информации с использованием упрощенной
структурной схемы РТС передачи, приема и обработки информации (рис. 3).
ЭМВ
НИ
ИИ
П: И/Э
УНЧ
М
ГРЧ
А1
Передающее устройство
ЭМВ
ИУ
Д
УНЧ
П: Э/И
НИ
ПИ
А2
Приемное устройство
Рис. 3. Упрощенная структурная схема РТС передачи, приема и обработки информации
ИИ – источник информации; НИ – носитель информации;
П: И/Э – преобразователь информации в электрические колебания;
УНЧ- усилитель низкой (звуковой) частоты; М - модулятор;
ГРЧ - генератор сигналов радиочастоты;
А1 и А2 – антенны, соответственно передающая и приемная;
ИУ – избирательный усилитель;
Д – детектор; П: Э/И – преобразователь электрических колебаний в информацию;
ПИ – потребитель информации.

11.

Принципы построения радиотехнических систем получения
и передачи информации
13
Принцип работы:
Источником информации (ИИ) может быть любой процесс или объект (речевое
сообщение, видимое изображение и т.д.). Чтобы информация могла быть передана
потребителю (-ям) посредством радиосигналов, необходимо сначала преобразовать вид ее
физического носителя (НИ) в электрические сигналы (Э). Это действие выполняется
преобразователями (П: И/Э) различного принципа действия (микрофон, передающая ТВ
трубка и т.д.). Полученные электрические сигналы поступают в передающее устройство,
где усиливаются по мощности в усилителе низкой частоты (УНЧ). Модулятор
(М) осуществляет изменение (модуляцию) одного или нескольких параметров ВЧ сигнала,
формируемого генератором радиочастоты (ГРЧ), в соответствии с законом изменения
параметра (-ов) управляющего электрического сигнала (осуществляется перенос
информации из области НЧ в область сигналов ВЧ). Антенна (А1) преобразует
модулированные ВЧ колебания в ЭМВ.
ЭМВ распространяются в различных направлениях и в том числе
и в направлении приемной антенны (А2) приемного устройства потребителя информации
(ПИ).
После приема ЭМВ антенной А2:
- ЭМВ преобразуется в ВЧ колебания (осуществляют А2 и избирательный усилитель (ИУ));
- модулированные ВЧ колебания преобразуются в НЧ электрические сигналы
(демодуляция осуществляется детектором (Д)).
После усиления и фильтрации в усилителе низкой частоты (УНЧ), сигналы
преобразуются к виду удобному для восприятия потребителем информации (ПИ).

12.

Особенности распространения ЭМВ различных диапазонов,
применяемых в авиационных РЭС
Вопрос 2.
Н, км
2∙103
F- слой
90…150
E- слой
50…90
D- слой
15…50
Стратосфера
10…15
Тропосфера
Ионосфера
Рис. 4. Схематичное представление строения атмосферы
Земли
Ионосферные
волны,
многократно
отражаясь
от
ионосферы
и
поверхности Земли, могут
распространяться
на
большие расстояния и
огибать земной шар.
Рис. 5. Характер распространения земной и ионосферной ЭМВ
в атмосфере Земли
14

13.

Особенности распространения ЭМВ различных диапазонов,
применяемых в авиационных РЭС
15
Особенности распространения ЭМВ различных диапазонов:
1. ЭМИ сверхдлинных волн и длинных волн - распространяются обоими типами волн на большие
расстояния (до нескольких тысяч км), вследствие малых потерь энергии на поглощение
и переотражение. Используются в РСДН и линиях дальней радиосвязи (для связи с подводными
лодками в подводном положении). Недостаток – невозможность передачи широкополосных сообщений.
2. ЭМИ средних частот (0,3…3 МГц – СВ) распространяются днем земной волной, а ночью
- ионосферной, благодаря уменьшению поглощения. Дальность их распространения днем составляет
до тысячи км; используются в РНС, телефонной и телеграфной связи.
3. ЭМИ диапазона коротких волн распространяются в основном ионосферной волной, т.к. земная
затухает на расстоянии менее 100 км. Для КВ радиосвязи характерно наличие зон молчания. Такие ЭМИ
используются для обеспечения дальней радиосвязи и загоризонтной радиолокации.
4. ЭМИ диапазона УКВ (МВ, ДЦВ, СМВ) распространяются как прямой волной, так и путем рассеянного
отражения в тропосфере и ионосфере. За счет рефракции они огибают препятствия, при этом дальность
прямой видимости увеличивается на 15% и рассчитывается по формуле:
Dпр = 4,12(h10,5+ h20,5),
где:
h1, h2 – высоты подъема передающей и приемной антенн (в метрах);
Dпр – дальность прямой видимости в километрах.
ДЦВ и СМВ проходят ионосферу, не отражаясь и не рассеиваясь, они широко используются
в радиолокации, ближней радионавигации и радиосвязи.

14.

16
Задание на самоподготовку:
1. Отработать вопросы по материалам лекционного занятия;
2. Подготовится к контрольному опросу (устному или
письменному).
Изучить теоретический материал, используя
следующую литературу:
1. Радиоэлектронные средства систем управления ПВО и ВВС/ Под ред. В.Д. Казакова. М.:Воениздат,1987, стр. 6 – 9, 26 - 32.
2. Основы теории РЭБ/ Под ред. Н. Ф. Николенко. - М.:Воениздат,1987, стр. 88 - 92.
3. Вакин С.А., Шустов Л.Н. Основы противодействия и радиотехнической разведки. М.:Сов.радио,1968, стр. 9 - 10.
4. Куртев Н.Д., Нефедов В.И. Радиотехника.- М.:МИРЭА,1999, стр. 6 - 15.
5. Основы построения объектов подавления авиационными средствами
радиоэлектронной борьбы: Учебное пособие. / Ф.Г. Машошин, А.Г. Мусихин, Д.Н.
Корабейников, В.С. Мартьянов. Московский технологический университет (МИРЭА) – М.
2016, стр. 5 - 12.