В.В. Батанов1, Л.Е. Назаров2

1,2 АО «Информационные спутниковые системы» (г. Железногорск, Россия)

2 Фрязинский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Россия)

Постановка проблемы. Эффективность спутниковых информационных систем относительно надежности передачи информации определяется состоянием радиолинии «космический аппарат» – «наземный приемный пункт». Одно из важных искажений сигналов обусловлено многолучевостью распространения, которая порождает временные вариации амплитуд и фаз сигналов (замирания сигналов). Актуальной является проблема обобщения моделей замираний сигналов, учитывающих совместное влияние амплитудных и фазовых вариаций, и применение этих моделей при анализе помехоустойчивости передачи информации по рассматриваемым радиолиниям.

Цель. Исследовать статистические модели замираний сигналов при распространении по спутниковым ионосферным  радиолиниям. 

Результаты. Рассмотрены статистические модели спутниковых ионосферных радиолиний, влияние которых обусловливает замирания сигналов при их распространении (амплитудные и фазовые вариации сигналов) за счет случайных временных и пространственных флуктуаций электронной плотности ионосферных неоднородностей. Эти модели основаны на использовании эмпирических законов относительно плотностей распределения амплитуд и фаз цифровых сигналов с выхода сигнальных демодуляторов. Исследована вероятность ошибочного приема цифровых сигналов с фазовой манипуляцией с использованием рассмотренных моделей замираний. Проведена оценка энергетических потерь при распространении по ионосферным спутниковым радиолиниям с параметрами индекса сцинтилляции, типичными для Р- и L-частотных диапазонов, по отношению к распространению в свободном пространстве.

Практическая значимость. Оценивание фазы сигналов за счет влияния ионосферы и учет этих оценок при приеме сигналов существенно повышает вероятность правильной передачи информации.

Батанов В.В., Назаров Л.Е. Статистические модели замираний сигналов при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 6. С. 34–43. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202106-04

1. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь. М.: Связь. 1979.
2. Колосов М.А., Арманд Н.А., Яковлев О.И. Распространение радиоволн при космической связи. М.: Связь. 1969.
3. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Изд. дом «Вильямс». 2003.
4. Proakis J. Digital communication. New York, McGraw-Hill. 1983.
5. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Вероятностные характеристики обнаружения радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи // Радиотехника и электроника. 2017. Т. 62. № 9. С. 866–874.
6. Xiong C., Xu J.-S., Stolle C., van den Ijssel J., Yin F., Kervalishvili G.N., Zangerl F. On the occurrence of GPS signal amplitude degradation for receivers on board LEO satellites // Space Weather. 2020. V. 18. № 18. P. 1–13.
7. Rino C.L. The Theory of Scintillation with Applications in Remote Sensing. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey. 2011.
8. Ionospheric propagation data and prediction methods required for the design of satellite services and systems. Recommendation ITU-R P.531-11. Electronic Publication, Geneva. 2012. 24 p.
9. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн. М.: ЛЕНАНД. 2009.
10. Арманд Н.А. Распространение широкополосных сигналов в дисперсионных средах // Радиотехника и электроника. 2003. Т. 48. № 9. С. 1045–1057.
11. Кутуза Б.Г., Мошков А.В., Пожидаев В.Н. Комбинированный метод, который устраняет влияние ионосферы при обработке сигналов бортовых радиолокаторов Р-диапазона с синтезированной апертурой // Радиотехника и электроника. 2015. Т. 60. № 9. С. 889–895.
12. Бова Ю.И., Крюковский А.С., Лукин Д.С. Распространение частотно-модулированного излучения электромагнитных волн в ионосфере Земли с учетом поглощения и внешнего магнитного поля // Радиотехника и электроника. 2019. Т. 64. № 1. С. 3–14.
13. Назаров Л.Е., Батанов В.В. Анализ искажений радиоимпульсов при распространении по ионосферным линиям передачи спутниковых систем связи // Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т. 21. № 5. С. 37–45.
14. Zernov N.N., Gherm V.E. Strong scintillation of GNSS signals in the inhomogeneous ionosphere: 1. Theoretical background //  Radio Science. 2015. V. 50. № 2. P. 153–167.
15. Moraes A.O., Vani B.C., Costa E., Sousasantos J., Abdu M.A., Rodrigues F., Gladek Y.C., Oliveira B.A., Monico J.F. Ionospheric Scintillation Fading Coefficients for the GPS L1, L2, and L5 Frequencies // Radio Science. 2018. V. 53. P. 1165–1174.
16. Crane R.K. Ionospheric Scintillation // Proceeding of IEEE. 1977. V. 2. P. 180–199.
17. Priyadarshi S. Review of Ionospheric Scintillation Models // Surveys in Geophysics. 2015. V. 36. № 2. P. 295–324.
18. Chen S.P., Bilitza D., Liu J.Y., Caton R., Chang L.C., Yeh W.H. An empirical model of L–band scintillation S4 index constructed by using FORMOSAT–3/COSMIC data // Advances in Space Research. 2017. V. 60. P. 1015–1028.
19. Назаров Л Е., Антонов Д.В., Батанов В.В., Зудилин А.С., Смирнов В.М. Модели сцинтилляции сигналов при распространении по ионосферным спутниковым радиолиниям // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2019. Т. 11. № 1. С. 57–64.
20. Basu S., MacKenzie E., Basu S. Ionospheric constraints on VHF/UHF communications links during solar maximum and minimum periods // Radio Science. 1988. V. 23. P. 363–378.
21. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Оценивание вероятностных характеристик приема сигналов с использованием моделей замираний при распространении по трансионосферным линиям // Журнал радиоэлектроники. 2020. № 11. https://doi.org/ 10.30898/1684-1719.2020.11.
22. Назаров Л.Е., Смирнов В.М. Вероятностные характеристики приема сигналов с замиранием при распространении по спутниковым ионосферным радиолиниям // Физические основы приборостроения. 2020. Т. 9. № 4 (38). С. 18–23.
23. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Т. 2. Случайные поля. М.: Наука. 1978.
24. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. М.: Сов. радио. 1966.