Ю.Е.СЕДЕЛЬНИКОВ - Электромагнитная совместимость

Таким образом, на третьем шаге осуществляется уточненный

если дня любых проверяемых комбинаций «w-й вид излучения - и-й канал приема» мощность помехи не превышает допустимого значе-

ния d(') , делается заключение о совместимостиj-ro рецептора с z-m

источником. Если условие совместимости не выполняется, автома­ тически определяется конкретная причина ожидаемого нарушения ЭМС: воздействие да-го вида излучения на и-й канал приема.

3.4. Парная оценка. Вероятностный подход

Как уже отмечалось, согласно вероятностному подходу фак­ торы, влияющие на ЭМС, считаются случайными и описываются

вкатегориях случайных величин. Случайным событием, характе­ ризуемым его вероятностью, является факт наличия (или отсут­ ствия) ЭМС в рассматриваемой группе средств. При анализе ЭМС

вгруппе средств различают статические и динамические ситуа­ ции. В категорию статических (стационарных) попадают различ­ ные ситуации, для которых частоты ОИ, ОКП. значения мощнос­ тей передатчиков, параметры антенн, а также взаимные ориента­ ция и пространственное расположение ИП и РП остаются неиз­ менными в течение анализируемого отрезка времени. К числу ди­ намических (нестационарных) относят любые ситуации, для кото­ рых указанные величины могут изменяться в определенных пре­ делах. Для статических ситуаций использование вероятностного подхода позволяет повысить достоверность оценки выполнения ЭМС в группе средств в условиях априорной недостаточности ин­ формации о конкретных значениях параметров РЭС, влияющих на ЭМС. Для динамических ситуаций вероятностный подход являет­ ся естественным инструментом для анализа процессов любой при­ роды с априорно непредсказуемым изменением параметров, не­ посредственным образом влияющих на ход процесса.

Вероятностная оценка в статической ситуации

Как и при детерминированном подходе, анализ состоит в провер­ ке возможности нарушения ЭМС для каждой пары средств

131

в рассматриваемой группе. Мощность помехи, принятойу-м рецепто­

где С^1- коэффициент, зависящий от соотношения полос частот,

соответствующих источнику и рецептору помех согласно выраже­ нию (3.16), рассматривается как случайная величина с плотностью

/>(')

РПудоп

Вероятность выполнения условия ЭМС, соответственно, равна:

дачи для большинства случаев не представляется возможным. В качестве приближенного решения в практике ЭМС обычно исполь­

зуют аппроксимацию функции плотности распределения w нор­

мальным законом. В качестве обоснования можно привести следую­

щие аргументы. Согласно выражению (3.24) Р^ представляет собой

сумму значительного числа случайных величин, причем соизмеримых и, по крайней мере, некоррелированных. В этих условиях, как это следует из фундаментальных положений те­

ории вероятностей*, плотность распределения величины

судовлетворительной точностью описывается нормальным зако-

’Этот факт является прямым следствием центральной предельной теоре­ мы теории вероятностей [23]

132

ном распределения*. Нормальный закон характеризуется двумя па-

раметрами - средним значением Ррп/ и среднеквадратическим от­

клонением (СКО) стрп. В теории вероятностей доказано, что сред­ нее значение и среднеквадратическое отклонение суммы некорре­ лированных случайных величин равны, соответственно, сумме и среднеквадратическому значению слагаемых этой суммы. Таким образом:

где слагаемые суть средние значения и среднеквадратические от­ клонения соответствующих слагаемых суммы (3.24).

—(,)

Таким образом, при известных значениях РРП7 и aprij искомая

вероятность нарушения ЭМС определяется значением табулиро­ ванной функции - интеграла вероятности:

Также, в соответствии с формулой (3.13) выполнение условия:

означает, что согласно вероятностному подходу z-й источник по­

мех не создает недопустимых помех j-му рецептору.

Оценки совместимости для каждой пары РЭС при вероятност­ ном подходе, как и в случае использования детерминированного под­ хода, могут проводиться в виде процедуры, состоящей из нескольких шагов. Принцип построения расчетных процедур также

заключается в постепенном учете факторов, влияющих на ЭМС. Для определения конкретных значений величин, входящих в соотноше­ ния (3.27) - (3.28), на практике обычно прибегают к использованию

где х и а - среднее значение и СКО величины х соответственно

различных упрощенных моделей, в том числе эмпирическихданных, по­ лученных на основе обработки данных большого числа РЭС различного типа и различных частотныхдиапазонов. Данные для радиопередатчиков определяют согласно эмпирической формуле:

где /ип и /ои - частоты нежелательного и основного излучения, соответственно, а значения коэффициентов А, В и значения СКО о/ип определяются согласно табл. 3.3.

Аналогичным образом определяются параметры восприим­ чивости радиоприемников:

где f и f0Kn - частоты побочного и основного канала приема, а зна­

Существуют также подобные эмпирические соотношения,

позволяющие описать значения ZfflI(/), Zpn(/), ст/ип и сг£ип для

учета влияния внеполосных излучений радиопередатчиков и вне­ полосных эффектов в радиоприемниках [4].

Оценка средних значений и СКО величин Z^ представляет не­

сколько большие трудности. Основой для получения этих оценок явля­ ются соотношения (2.20) и (2.21). Для антенн, располо­

134

женных в свободном пространстве, коэффициент связи антенн обычно представляют в виде:

данных для параметров антенн, а величина затухания на радио-

для случая расположения антенн в свободном пространстве (пред­ варительная оценка) и с использованием тех или иных приближен­ ных соотношений, описывающих средние значения и СКО вели­ чин затухания радиоволн на конкретной радиотрассе. Один из ва­ риантов простой методики для расчета параметров затухания на радиотрассе приведен в приложении 2.

Для расчета величины £вваяот7; обычно используют соотноше­

ние (3.34):

4— = «у„ (/)+ку„ (/)+(е,.<р,)+f„ (е,,ч>,)+к^, (з.35)

где КУ„(/) иКУ,п(/),Г„(е|,<р|)иГ„(е,,ч>,)и*т - значения

коэффициентов усиления антенн ДН по мощности в направлении друг на друга и коэффициент, учитывающий согласование по поля­ ризации, определенные для анализируемого значения частоты f.

При оценках ЭМС часто прибегают к аппроксимации реаль­ ных пространственных зависимостей F(6, <р) кусочно-постоянными

(рис. 3.9).

0

Рис. 3 9 Аппроксимация ДНА

Результатом этого допущения является то, что в зависимости от значений ширины ДН антенн и их взаимной ориентации вместо

135

рассмотрения континуума значений величины /^(0,, cpj) + -г FPn(02, ф2) можно ограничиться рассмотрением четырех вариантов, соответствующих ситуациям:

-излучение главным лучом — прием главным лучом - (Г^-Грн).

-излучение главным лучом - прием боковыми лепестками -

(■ТщГ^РП )’

-излучение боковыми лепестками - прием главным лучом - (Бип'Грп )>

-излучение боковыми лепестками - прием боковыми лепест­ ками - (Бип-Брп).

При кусочно-постоянной аппроксимации диаграмм направ­

136

Вероятностная оценка

внестационарных ситуациях

Кнестационарным будем относить различные ситуации, ког­ да в процессе работы имеют место изменения взаимного распо­ ложения и ориентации источника и рецептора помех, значений их рабочих частот, а также временного режима работы. Для всех этих случаев величина мощности помехи, принимаемой рецепто­ ром, также является случайной. Отличие от рассмотренных ста-

ционарных ситуации состоит в том, что зависимость как слу-

чайной величины имеет более сложный .*характер В этих ситуациях вместо плотности распределения мощнос­

ти помехи в 7-м рецепторе j в обшем случае следует вводить

в рассмотрение совместную плотность распределения мощности помехи w(-Ppri) пространственных параметров В, частот переда­

чи и приемаи времени Т ^(Р^,В,}т1^,т)

Формально вероятность нарушения ЭМС можно вычис­ лить, интегрируя указанную функцию в пределах, соответству­ ющих диапазонам изменения пространственных координат, ча­ стот и времени:

f Iff I(з.зб)

nfp nn ar

где символами Q обозначены указанные диапазоны.

Проведение расчетов при непосредственном использовании соотношения (3.36) сопряжено с неоправданными трудностями.

В большинстве практических случаев используются различного

рода упрощения.

* Обоснованием использования этого термина является то, что в «нестацио­ нарных» ситуациях помеха может рассматриваться как нестационарный случай­ ный процесс

137

В основу этих упрощений положены приемы, аналогичные

использованным ранее при анализе частотных соотношений. Суть их состоит в аппроксимации реальных пространственных, час­ тотных и временных зависимостей кусочно-постоянными. Резуль­ татом такой аппроксимации является то, что вместо континуума значений пространственных координат, частот и времени рас­ сматривается их конечное число, характеризуемое вероятностью этой ситуации.

Пусть, например, оценивается возможность создания недо­ пустимых помех радиоприемнику фиксированной радиослужбы РЛС со сканирующей ДН ее антенны. В результате пространствен­ ного перемещения ДН антенны РЛС уровень воздействующей по­ мехи может принимать различные значения, пропорциональные

коэффициенту усиления передающей антенны в направлении на рецептор. Это. в частности, означает, что при оценке характери­ стик принимаемой помехи следует обратить внимание на совмест­

ную плотность распределения величины принимаемой мощности и угловых координат, характеризующих угловую ориентацию ДН

антенны РЛС - .

При введении упрощений ДН антенны представляется дву­

мя участками - главным лучом шириной Д0 и Эф и областью боковых и задних лепестков со значениями ДН, равными 1 и ДБЛ. Поэтому мощность помехи, действующей на рецептор в этих условиях, принимает значения, пропорциональные 1 или, соот­ ветственно, ДБЛ, т.е. вместо анализа континуума значений дос­ таточно ограничиться анализом двух стационарных ситуаций, соответствующих главному лучу ДН антенны и области боко­ вых лепестков. Более того, значения принимаемых мощностей

помех, соответствующих этим случаям, отличаются только на величину ДБЛ.

Пусть вероятность ориентации передающей антенны в на­ правлении на рецептор равна ргл. Тогда вероятность нарушения ЭМС будет:

138

где /?(-Ррпгл)и ^(Лпбл) ~ вероятности нарушения ЭМС в случае

облучения главным лучом и боковыми лепестками соответ­ ственно.

Аналогичным образом можно ввести в рассмотрение ко­

нечное число различных ситуаций соответственно частотному

и временному факторам. Например: воздействие на рецептор основного излучения или побочного, прием ОКП или по по­ бочным каналам, нахождение или отсутствие рецептора или источника в некоторой части пространства и т.д. В любых по­ добных случаях нестационарную ситуацию можно приближен­ но представить конечным набором стационарных и охаракте­ ризовать каждую из выделенных ситуаций значением вероят­ ности ее осуществления qk, где к =1,2 ..М. Для каждой из этих ситуаций можно определить вероятность нарушения ЭМС - psk

с использованием приемов, описанных в разд. 3.3. В силу того, что рассматриваемая совокупность ситуаций соответствует полной группе событий, искомая вероятность нарушения ЭМС

равна:

(3.38)

В частном случае, когда по каждому из факторов - времени, частоте и пространственному положению можно ограничиться двумя состояниями, причем для одного из них нарушения ЭМС заведомо отсутствуют, соотношение (3.38) принимает наиболее простой вид:

где Pf,PT,PR - вероятности совпадения частот, времени передачи

условная вероятность нарушения ЭМС при совпадении частот, вре­

мени и пространственного расположения ИП и РП.

139

3.5. Оценка воздействия ИРП на радиоприемники

Полный учет влияния ИРП на радиоприемники различных ра­ диотехнических и связных устройств представляет собой чрезвычай­ но сложную задачу. Среди основных причин можно назвать следую­ щее:

-различный характер ИРП, создаваемых источниками инду­ стриальных помех: по спектральному составу и временным харак­ теристикам. Результатом этого, в частности, является то, что уров­ ни допустимых помех значительно отличаются для различных ис­ точников;

-сложность определения и описания параметров электромаг­

нитной обстановки, соответствующей данной конкретной совокуп­ ности источников;

-сложность расчетов характеристик процессов излучения и

приема электромагнитных волн, соответствующих ИРП от источ­ ников различных видов;

-большое разнообразие типов и свойств источников ИРП.

При оценке влияния излучаемых ИРП на конкретный ра­

диоприемник как на рецептор помех обычно прибегают к ис­ пользованию тех или иных моделей электромагнитной обста­ новки, создаваемой определенной совокупностью источников ИРП. В простейшем случае это модель, в которой результирую­ щее электромагнитное поле, создаваемое совокупностью источ­ ников, в пределах полосы пропускания приемника рассматри­

вается как белый шум определенной интенсивности в зависимо­ сти от территориального расположения рецептора помех и типа местности. Усредненные числовые показатели, характеризую­ щие интенсивность этого шума, получают эмпирически на ос­

нове обработки экспериментальных данных. Независимо от формы представления эти величины характеризуют спектраль­ ную плотность шумового процесса - частотные зависимости средних значений интенсивности и среднеквадратических откло­ нений. На рис. 3.8 эти данные приведены в следующей форме: по оси абсцисс отложены средние значения напряженности элек­

трического поля ИРП усредненные для полосы частот

140