11 января 2017 в 11:30

Волна уходит за горизонт: советская тропосферная радиорелейная линия связи «Север»

• История IT ,
• Научно-популярное ,
• Блог компании Mail.ru Group ,
• Физика

Недавно мы писали о европейских , используемых, в основном, для нужд биржевой торговли. Их протяжённость - несколько сотен километров. Но сегодня мало кто знает о том, что в Советском Союзе была построена тропосферная радиорелейная линия протяжённостью больше 13 000 км, охватившая наши северное и тихоокеанское побережья, а также протянувшаяся вдоль рек Обь, Енисей и Лена.

Что такое тропосферная радиосвязь?

В 1940-50-х годах учёные обосновали и изучили возможность загоризонтного распространения радиосигнала: когда приёмник и передатчик находятся так далеко друг от друга, что не могут общаться по прямой из-за искривления планеты и сложного рельефа. Вместо этого сигнал направляется не в сторону приёмника, а под углом в небо, и радиоволны на высоте 10-15 км отражаются (переизлучаются) от верхней границы (условно) тропосферы и попадают в приёмник. Благодаря этому расстояние между приёмником и передатчиком может достигать 400-600 км.

Конечно, описание очень упрощённое, и в жизни всё гораздо сложнее: граница проходит на разных высотах в зависимости от географической широты, высота «отражающего слоя» постоянно колеблется, сигнал переизлучается в широком диапазоне и сильно ослабляется, что требует мощных передатчиков и антенн большого размера, и так далее.

Военное и мирное строительство

Как и все наиболее передовые технологии, тропосферная радиорелейная связь возникла в военной среде. В 1950-х годах Пентагон был озабочен возросшей дальностью действия советской бомбардировочной авиации, которая уже могла нанести бомбовый удар по США через Северный Полюс. Однако узнать о подлёте бомбардировщиков американцы не могли - их просто нечем было засечь. И поэтому в 1954 году началось строительство линии DEW - сети РЛС раннего предупреждения. И для обеспечения связи между радарными станциями и командным центром началось развёртывание тропосферных радиорелейных линий.

В СССР, с его гигантскими труднодоступными регионами, колоссальным северным побережьем, почти целиком находящимся за Полярным кругом, всегда остро стояла проблема транспорта и связи. После войны началось активное освоение Крайнего Севера и Дальнего Востока, и потребность в надёжной связи стала ещё острее. Поэтому в 1950-х у нас разработали оборудование станций радиорелейной связи «Горизонт». В 1961 году была испытана первая улучшенная версия станции «Горизонт-М» (60-канальной). После успешных испытаний началось проектирование линии связи, которая должна была в первую очередь связать территории Крайнего Севера с европейской частью страны.

ТРРЛ «Север»

С 1966 года, в тяжелейших условиях - экстремальные холода, вечная мерзлота, бездорожье, сложный рельеф, глубокий снежный покров, непроходимая тайга - началось возведение сети станций стратегической тропосферной радиорелейной линии связи (ТРРЛ) «Север ». Строительство продолжалось до 1970 года, всего было возведено 46 станций.

Что представляла собой типичная станция «Горизонт-М»?

Во-первых, это антенный комплекс, состоящий из огромных параболических антенн размером 20х20 или 30х30 метров. Рабочий диапазон - 700-1000 МГц. Огромный размер антенн был обусловлен очень сильным затуханием сигнала в дециметровом и сантиметровом диапазонах. На момент своего создания, ТРРЛ «Север» была настоящим достижением инженерной мысли.

Рядом находились технические здания с аппаратурой, склады, дизельная электростанция и казармы. Как правило, станции строились у чёрта на рогах - в безлюдных местностях, вдалеке от дорог и вообще какой-либо цивилизации. Каждый объект был полностью автономен и зависел только от периодических поставок дизельного топлива и продуктов.

За таким большим, достаточно сложным и хрупким хозяйством нужно постоянно присматривать, но гражданские специалисты вовсе не горели желанием не то что жить, но даже периодически добираться в эти забытые места. Поэтому обслуживание ТРРЛ «Север» было возложено на армию: каждая станция была закреплена за какой-либо воинской частью . Это имело смысл и потому, что магистральная линия решала нужды как народного хозяйства, так и военных.

В течение всего времени эксплуатации линии её аппаратура постоянно модернизировалось, повышалась надёжность. К 1977 году удалось добиться коэффициента исправного действия «Севера» 99,99%: несмотря на все сложности обеспечения тропосферной связи, пропадание сигнала даже на одну минуту уже считалось ЧП. На наиболее нагруженных направлениях количество каналов было увеличено до 72-84.

ТРРЛ «Север» исправно служила вплоть до 1990-х. Однако развитие спутниковой связи и развал СССР привели к тому, что станции начали одну за другой консервировать - по сути, закрывать. Последняя из «Горизонт-М» прекратила свою работу в 2003 году.

Станция «Ока» (в правом нижнем углу) возле посёлка Гыда в 2012 году:

Сегодня большинство станций заброшено и разграблено. На некоторых станциях, расположенных неподалёку от населённых пунктах, постройки приспособлены под склады. По слухам, на самых отдалённых объектах инфраструктура сохранилась почти не тронутой.

Такая участь постигла не только российский «Север», но и многие американские станции тропосферной радиорелейной связи. Например,

Тропосферная связь – вид передачи информации, использующий явления отражения, рефракции электромагнитной волны тропосферой.

Стиль распространения волны определён частотой. Тропосферная связь задействует диапазоны ДМВ (дециметровые), СМВ (сантиметровые). Прочие частоты хуже отражаются воздушными слоями. Луч сигнала направляют заведомо выше горизонта. Азимут соответствует нахождению принимающей стороны. Достигает места назначения малая толика энергии (триллионная часть), однако методика оправдывает себя в условиях значительно изрезанной местности. Согласно терминологии FS-1037C понятие включает:

• Распространение радиоволн, произведённое эффектами атмосферы.
• Метод загоризонтной связи частотами 350..8400 МГц.

Принцип действия

Объяснение механизма отражения/преломления отсутствует. Учёные выработали набор концепций, призванных выявить принцип действия. Одной из теорий проповедуется явление переизлучения волны. Тропосферой именуют слой воздуха, занимающий область в пределах 10 км от Земли. Индекс преломления определяют погодные факторы:

1. Влажность.
2. Температура.
3. Плотность масс.

Индекс преломления снижается линейно с ростом высоты. Замечательные условия передаче создают медленно поднимающиеся влажные массы – картина, характерная для водных поверхностей. Механизм возникновения доныне изучается, методики предсказания отсутствуют. Атмосфера содержит набор газов, паров воды. Совместный вклад предопределяет условия гашения мощности сигнала. Пики поглощения:

1. 22 ГГц – водный резонанс.
2. 60 ГГц – воздушный резонанс.
3. Осадки блокируют передачу частот выше 10 ГГц.

Побочным продуктом затухания является снижение взаимной интерференции вышек сотовых операторов. Преимуществами технологии называют простоту развёртывания станций, большую информационную плотность каналов. Недостаток очевиден – неэффективное использование подводимой мощности. Преодолеть замирания призван разнесённый приём, задействующий следующие физические величины:

1. Частота.
2. Время.
3. Угол прихода.
4. Пространство.

Типичное значение дальности составляет 300 км, предельное – 1000 км. Уточнения вносят погодные условия, климат. Обычно луч электромагнитной волны двигается прямолинейно, возможность связи ограничена условиями прямой видимости (48-64 км). Длинные волны способны огибать поверхность. ДМВ, СМВ – преломляются слоями атмосферы. Наилучшим вариантом считают частоты 2 ГГц.

Рекорды дальности

Особенности распространения сделали возможными своеобразные рекорды:

Полный список достижений любителей Северной Америки ведёт ассоциация ARRL (arrl.org/distance-records).

История

Явление начали использовать военные (50-е годы). Технология частично вытеснена спутниковой радиосвязью (70-е). Учёные установили превосходное взаимодействие меж излучением и атмосферными парами влаги. Передача волн 2 ГГц обеспечивает наилучшее соотношение сигнал/шум. Методика обеспечивает превосходную защищённость связи ввиду узкой направленности луча. Особенно хороши островные связные вышки, окружённые гладью океана.

Сосновая и среднеканадская линии обороны

Военные успехи СССР заставили тандем США-Канада искать спасения. Планы строили уже в 1946 году. Проведённые калькуляции показывали неумолимый факт: технологии, созданные Второй мировой войной, непомерно дорогие. Тогда союзники начали решать первостепенные задачи:

1. Канада оборудовала систему ПВО Онтарио, Квебека.
2. США укрепило линию восточного побережья, заставив средний запад страны играть роль дублёра.

Успешный взрыв атомной бомбы СССР кардинально изменил планы. В 1949 году Конгресс пожаловал 161 млн долларов, оснастив радарами южные области Канады, создав непрерывную линию радаров. Тестовый запуск произвели в январе 1951 года. 33 главные станции оказались удачнее, нежели предполагали. Большая часть заняла 53-ю параллель на западе и 50-ю – на востоке Канады. 1 января 1955 года началась эксплуатация радаров военными.

Вновь созданная сосновая линия немедленно продемонстрировала ряд проблем. Импульсные радары неспособны обнаружить низко летящие мишени, а реактивные бомбардировщики СССР оказались чересчур быстрыми. Внедрение цифровых вычислителей SAGE вдвое разгрузило станции обзора. Исследования 1951 года снабдили Департамент обороны техникой, учитывающей эффект Допплера. Новинки стали базисом воздвижения линии Средней Канады.

В феврале 1953 года военная группа США – Канада подняла вопрос об усилении ПВО. Предполагалось использовать радиолокационные станции кругового обзора с разнесёнными приёмниками. Ветка заняла 55-ю параллель, соединив заливы Джеймса и Хадсона. Тропосферную технологию, призванную связать удалённые центры управления с радарными пунктами, разработала CARDE – ведущая военная исследовательская организация Канады. Попутно начали возводить линию Дью.

Линия Дью

Отдельные источники эволюционно первой – совершенно неправильно – называют исторически третью систему радаров арктической области Канады (1954), призванной остановить советские бомбардировщики. В широком смысле обязанную упредить также морскую, наземную агрессию. Линия Дью протянулась вдоль северного побережья, захватив Алеутские острова, Аляску, Фарерские острова, Гренландию, Исландию.

Достижения советской промышленности выявили неадекватность ранее построенных сооружений. 15 февраля 1954 года двустороннее соглашение Канады, США предусматривало организацию совместного возведения очередной линии. Оборона времён Холодной войны образована тремя ярусами (помимо линии самой мощной Дью):

1. Сосновая линия (см. ниже) Ньюфаундленд – Остров Ванкувер.
2. Линия средней Канады (см. ниже) 55-й параллели (Северная широта) содержала самые современные станции наблюдения воздушной обстановки.

В декабре начались подготовительные работы. Линия 63 получила статус рабочей в 1957 году. 55-ю параллель закрыли в 60-е, большую часть сосновой линии отдали гражданской промышленности. Практические результаты расстроили военных: отражённые стаями полярных птиц сигналы перегружали экраны пунктов управления. Второй проблемой называли нехватку времени, недостаточность периода подготовки контратаки. Линия Дью в полной мере наследовала указанные недостатки, будучи сформирована типичными станциями обзора, бессильными охарактеризовать воздушные объекты.

Однако значительное удаление по направлению к Северному полюсу окупало выявленные дефекты линии обороны. Тактические учения показали возможность перехвата агрессии. Ракетами занималась Система раннего баллистического предупреждения (1958).

Отрабатывая условия Шамротского саммита, тандем США-Канада преобразовал часть линии Дью, реализуя новый проект Северной системы предупреждения. На 1988 год значительная доля станций закрыта, некоторые – модернизированы. Официально конгломерат переименован 15 июля 1993 года.

Причины, толкнувшие американцев осваивать Арктику, просты: кратчайший путь воздушных атак СССР проходит близ Северного полюса. Созданное после Второй мировой войны ядерное оружие заставляло опасаться атомного удара. Линия Дью довершила образование кромки области, контролируемой компьютеризированной военной оборонной системой SAGE, сформированной центрами управления Колорадо, Шайенского горного комплекса, NORAD. Использование радиолокационной техники близко структурой приёмопередающих антенн к локации.

Это интересно! Американские спутники-шпионы времён Холодной войны искали место трансляции луча, совершая перехват переговоров советской стороны.

Изначально использовали 2 типа антенн:

1. Синфазная многовибраторная с плоским отражателем.
2. Параболическая (тарелка).

Передающие системы снабжали настоящим роем. Антенны дублировали информацию, используя диверсификацию. Итоговое время прохождения сообщения могло составить 3 минуты. Поляризационная диверсификация предполагала использование двух тарелок, разнесённых территориально, дополненных сообразно подобранными облучателями. Сигналы всех направлений собирались приёмной стороной, комбинировались, учитывая фазовый сдвиг, обусловленный различной длиной прохождения волны. Избыточность числа аналоговых каналов (4) помогала исправить ошибки.

Размеры рефлекторов поистине огромны – 9..36 метров. Мощность усилителей – 1..50 кВт. Комплект НТВ+ потребляет намного меньше энергии. Первые аналоговые системы передавали несколько голосовых каналов. Сегодня роль тропосферной связи ограничивается сравнительно короткими дистанциями (50..250 км). Параметры линии:

• Типичный размер рефлектора – 1,2..12 м.
• Мощность усилителя – 10..2000 Вт.
• Битрейт – 20 Мбит/с.
• Узкий диапазон частот. Исторически первые системы содержали 32 аналоговых канала шириной 4 кГц каждый. Современные цифровые образцы значительно солиднее, обеспечивают скорость передачи информации 4..16 Мбит/с. Гражданские формации, предшествующие эре спутников, задействовали частоты КВ 3..30 МГц. Североморский Бритиш Телеком (156 аналоговых каналов), обеспечивающий связью нефтяную отрасль, покрывал ряд островов, прибрежную полосу.

Перечень сконструированных систем

White Alice

Белая Элис (1955 - начало работ, 1958 - начало эксплуатации) – грандиозная система времён Холодной войны, образованная сетью 80 станций, диапазона 900 МГц. Система дублирования сообщений двойная:

1. Частотная.
2. Пространственная.

Передача обеспечивалась парами тарелок диаметром 18 (10 кВт) и 37 (50 кВт) метров, нацеленными в небо. Малая дальность покрывалась 9-метровыми параболоидами (1 кВт). Синфазные групповые антенны направляли ощутимо ниже, почти касаясь горизонта. Волны отражались слоями тропопаузы, достигая удалённых точек приёма. Дублирование предусматривало компенсацию атмосферных изменений, обеспечивая непрерывность связи. Частотное деление предусматривало передачу параллельно двух длин волн каждой тарелкой. В итоге системы, содержащие пару антенн, называли четырёхкратным дублированием сообщения (диверсификация).

14 тонн оборудования перевозили собачьими упряжками, вертолётами. Задачей вышек было объединение разрозненных удалённых участков обороны: линия Дью, Система раннего баллистического предупреждения, Контроль и упреждение воздушных объектов. Вышка обслуживалась бригадой (20 человек) технического персонала, потребляя 120-180 кВт мощности. Типичный передатчик составлен четырьмя параболоидами, сгруппированными парами, направленными противоположно. Линия вмещала 132 аналоговых канала.

После внедрения система служила 20 лет, к концу 70-х часть ресурсов передали гражданским. Последняя точка закрыта в январе 1985 года. Акты вандализма, хищения заставили Департамент обороны вывезти оборудование. Демонтаж окончился в нулевых годах XXI века. Министерство охраны окружающей среды было обеспокоено утечками топлива, применением ядовитых полихлорированных дифенилов. Деактивация загрязнений местами превысила стоимость начального возведения башен связи.

Вышки обслуживались дизельными генераторами. Горные точки делили пополам. Рабочая смена занимала вахту наверху, группа поддержки обсиживала лагерь у подножия. Эксперты называют затраты стран союзников «непомерными»:

1. Первый этап – 110 млн $ (до инфляции). Хотя предварительный подсчёт дал оценку предстоящих расходов эквивалентную 30 млн. Побочной причиной недооценки считают ошибочную калькуляцию компанией Вестерн Электрик требуемых производственных ресурсов.
2. Развёртывание потребовало вложений 300 млн $.

Сегодня ряд мощностей использован сотовыми операторами. В течение 20 лет поэтапно заменялась спутниковыми линиями. До введения Белой Элис был возможен один телефонный разговор Ном – Фэйрбэнкс одновременно. Акроним Элис остался нерасшифрованным, энтузиасты предлагали собственные варианты.

СССР

Имена разработчиков концепции неизвестны поныне. Тайны Холодной войны возведены в ранг закона СССР. Отечественные источники отдают пальму первенства следующим работникам (НИИ-100 ФГУП НИИ Радио) отрасли:

• Немировский А. С.
• Гусятинский М. А.
• Соколов А. В.
• Троицкий В. Н.
• Шур А. А.

Отечественные историки признают приоритет американо-канадских систем, перечисленных выше. Советская связная аппаратура припоздала (1956). Первоначальный интервал (прыжок) составил 250 км. Разработаны тропосферные станции Лодка (Р-122), Фрегат (Р-121). Правительство подключило красноярское и светловодское КБ. Трудился ряд «гражданских» предприятий. Первой пташкой считают Р-408 Баклан (1961) дециметрового диапазона. Конструкция передавала 12 каналов, занимая 4 автомашины ЗИЛ-157.

Модернизированный вариант Р-408М (1964) снабжался тарелками диаметром 10 м (1 кВт), передавал 24 канала, обеспечивая дальность 150..180 км. Хронология разработок:

1. Р-410 Альбатрос (1967).
2. 1Р-410-7,5 (1968).
3. Р-133 Корвет (1969).
4. Р-412 Торф (1969).
5. Р-410-5,5 (1971).
6. Р-420 Атлет Д (1975).
7. Р-417 Багет-1 (1980).
8. Р-423-1 Бриг-1 (1981).
9. Р-444 Эшелон (1981).
10. Р-444-7,5 Эшелон Д (1984).
11. Р-423-1КФ (1993).

Атлет выпуска 1969 года понравились военным. Техника поддерживала 10 интервалов (прыжков), передавая 12 каналов. Диаметры внешних антенн – 5.5; 7.5; 10 м. Уменьшенные копии (Альбатрос) перемещались автомашинами Урал-375, Зил-131. Мобильные точки составляли цепь передачи информации, будучи расположенными на местах. Некоторые объекты были стационарными. Начиная 1966, велись исследования возможности использования дискретных сигналов.

8. Тропосферные радиорелейные линии связи. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей

8. Тропосферные радиорелейные линии связи

Принципы построения тропосферных радиорелейных линий (ТРЛ) характеризуются рядом особенностей, связанных со спецификой передачи радиосигналов . Создание ТРЛ стало возможным после того, как было открыто явление дальнего тропосферного распространения (ДТР) УКВ. ДТР происходит за счет отражения и рассеяния радиоволн турбулентными и слоистыми неоднородностями тропосферы. При этом поле в точке приема создается в результате переизлучения только тех неоднородностей, которые находятся в пределах объема Q, образованного пересечением диаграмм направленности передающей и приемной антенн (рисунок 8.1). Если использовать антенны с высокой направленностью (большим коэффициентом усиления), то объем переизлучения будет уменьшаться.

В результате этого рост уровня сигнала на выходе приемной антенны А 2 может отставать от роста усиления антенны. Данное явление принято называть потерей усиления антенн. Переизлучающий объем Q тропосферы играет роль пассивного ретранслятора. Q характеризуется значительной пространственной и временной неоднородностью. Рассеяние радиосигнала в объеме Q происходит во все стороны и лишь незначительная часть его поступает в точку приема. Чем больше угол рассеяния Q (рисунок 8.1), тем меньше угол принимаемого сигнала.

Все это в целом приводит к следующим особенностям в передаче сигналов по ТРЛ :

1. Поскольку для переизлучения можно использовать даже верхние слои тропосферы (в умеренных широтах высота тропосферы составляет 10-12 км), протяженность пролетов R на ТРЛ может превышать 1000 км (при этом антенны можно располагать непосредственно на Земле). Однако, с учетом других особенностей расстояние между станциями выбирают чаще в пределах 200…400 км.

2. В следствии значительного ослабления сигналов на пролетах приходится существенно увеличивать энергетический потенциал системы. На ТРЛ применяют передатчики мощностью до 10 кВт, антенны размерами до 30×30 м 2 и соответственно коэффициентом усиления до 50…55 дБ, малошумящие приемники .

3. Из-за пространственно-временной неоднородности переизлучающих объемов тропосферы принимаемые сигналы на ТРЛ подвержены как быстрым, так и медленным замираниям. Первые обусловлены интерференцией множества радиоволн, переизлученных разными участками рассеяния в объеме Q. Длительность быстрых замираний изменяется от сотых долей секунды до нескольких секунд. В течении 5…10 мин случайный процесс изменения уровня принимаемого сигнала приближенно можно считать стационарным. Для этого интервала времени на основе статистических данных можно определить медианное значение множителя ослабления V м, то есть такое значение V, которое превышается (или не превышается) в течении 50% указанного времени наблюдения. Распределение мгновенных значений множителя ослабления V при быстрых замираниях удовлетворительно аппроксимируется законом Релея. При этом выраженная в процентах времени интегральная функция распределения

Медленные замирания связанны с изменением метеорологических условий на трассе. С учетом медленных замираний процесс изменения уровня сигнала в целом является нестационарным. Математической моделью медленных замираний принято считать распределение случайных величин V м относительно медианного значения, определенного за длительный срок, например за месяц или год. Чаще используется медианное значение (V м.м), которое рассчитывается на основе статистических данных об изменении V м в течении одного месяца наблюдения. Колебания V м.м в течении года связывают с сезонными замираниями (месячная медиана уровня сигнала в летние месяцы примерно на 10 дБ больше, чем зимой). Для борьбы с медленными и сезонными замираниями эффективны адаптивные системы с каналом обратной связи , по которому можно управлять мощностью и (или) частотой передатчика.

Для быстрых замираний на ТРЛ изменение сигналов в любой момент времени неоднородны в различных областях пространства и частот, поэтому для борьбы с быстрыми замираниями организовывают параллельные каналы передачи, отличающиеся несущими частотами (разнесение по частоте) и (или) траекториями распространения волн (разнесение в пространстве за счет использования различных областей переизлучения и (или) нескольких взаимно удаленных приемных антенн). При относительном частотном разносе Δf/f 0 = 2·10 -3 …5·10 3 или разносе антенн в перпендикулярном трассе направлении на 70…100 длин волн замирания сигналов в отдельных каналах становятся некоррелированными. В этом случае, например, для системы m-кратного разнесенного приема с автовыбором большего из сигналов (сигнала большей мощности в точке приема), распределение результирующей величины множителя ослабления

что указывает на повышение устойчивости связи по сравнению с одинарным приемом, Т(V) определяется (8.1).

4. Селективные замирания по частоте препятствуют передаче по ТРЛ широкополосных сигналов (как аналоговых, так и цифровых), так как при широком спектре передаваемых сигналов селективные замирания вызывают изменения фазовых и амплитудных соотношений спектральных компонентов, то есть искажается спектр, а, следовательно и форма сигналов. В групповом телефонном сигнале возникают переходные помехи как при использовании метода ЧРК-ЧМ, так и при импульсной (цифровой) модуляции. Селективные замирания являются следствием многолучевого распространения радиоволн. Если относительное запаздывание лучей Δt превосходит длительность одного цифрового сигнала τ, то возникает явление эхо, искажается форма сигналов.

Связанное с селективными замираниями ограничение полосы частот при передаче аналоговых и цифровых сигналов указывает на недостаточную пропускную способность ТРЛ. Действительно, число ТФ каналов в одном стволе ТРЛ пока не велико (120 ТФК). Для передачи телевидения применяют специальное оборудование, используют частоты в диапазоне 4…6 ГГц, антенны с шириной диаграммы направленности не более 0.3º.

Для борьбы с быстрыми замираниями наибольшее распространение получили различные варианты разнесенного приема и применение широкополосных составных сигналов. Так как замирания на ТРЛ весьма интенсивны, на этих линиях часто прибегают к комбинированным видам разнесения сигналов.

На рисунке 8.2 представлена упрощенная структурная схема АФТ и приемопередающей аппаратуры ОРС для одного дуплексного ствола ТРЛ, на которой предусмотрен счетверенный прием с разнесением сигналов по частоте и пространству (на ПРС и УРС объем оборудования соответственно увеличивается). В состав схемы входят антенны (А), поляризационные селекторы (ПС), разделительные фильтры (РФ), приемники (Пр), передатчики (П), устройства комбинирования сигналов (УК), частотные детекторы (ЧД), аппаратура разделения и объединения каналов (АР) и (АО), частотный модулятор (ЧМ) и разветвитель (Р). Соседняя станция линии передает одинаковые сообщения на разных несущих частотах f 1 и f 2 . Эти сигналы принимаются разнесенными в пространстве антеннами А 1 и А 2 , и через ПС и РФ поступают в приемники. В УК 1 и УК 2 комбинируются сигналы промежуточной частоты f пр с выходов приемников, настроенных на одинаковые несущие частоты, но соединенных с разными антеннами. Таким образом, УК 1 и УК 2 реализуют эффект пространственного разнесения. В УК 3 осуществляется последетекторное комбинирование сигналов, разнесенных по частоте. В обратном направлении связи одинаковые сообщения, также передаются на разных частотах f 3 и f 4 .

Рисунок 8.2. Упрощенная структурная схема ОРС при счетверенном приеме

Используемые на ТРЛ антенны параболического типа не обеспечивают достаточную величину коэффициента защитного действия. При значительных мощностях передатчиков и высокой чувствительности приемников это создает реальную опасность помех, вызванных приемом сигналов с противоположного направления связи . Поэтому на ТРЛ, как правило, применяют четырехчастотный план. Таким образом, с учетом разнесения по частоте для одного дуплексного ствола требуется восемь рабочих частот. Причем разность частот передачи и приема в одной антенне (с целью упрощения развязывающих фильтров) устанавливается довольно большой: для систем, работающих на частотах ниже 1000 МГц, эта разность равна примерно 40 МГц, а для систем работающих на частотах выше 1000 МГц, около 80 МГц.

В общем случае комбинирование сигналов в УК 1 , УК 2 и УК 3 может производиться по принципу линейного оптимального сложения или путем автовыбора. Любой из этих вариантов может быть реализован в УК 3 , когда комбинируются сигналы после ЧД. Условием нормального линейного или оптимального сложения в УК 1 и УК 2 является синфазность сигналов на частоте f пр.

ТРЛ находит весьма ограниченное применение и с развитием связи с использованием искусственных спутников Земли (ИСЗ) их значимость существенно снизилась.

В таблице 8.1 приведены параметры отечественных тропосферных радиорелейных систем передачи.

Таблица 8.1 – Параметры отечественных ТРЛ

Тип аппаратуры	Диапазон частот, ГГЦ	Среднее расстояние между станциями, км	Число каналов ТЧ, шт.
"Горизонт М"

Контрольные вопросы :

1. Перечислите особенности передачи сигналов по ТРЛ.
2. Как борются с быстрыми замираниями на ТРЛ?
3. Что такое селективные замирания?
4. Какой план частот применяется на ТРЛ? Почему?
5. Назовите некоторые тропосферные радиорелейные системы передачи.

ТРРЛ «Север» - бывшая советская система линий связи, созданная для обеспечения связью отдалённых регионов страны. Линия имела протяжённость 13 200 километров и состояла из 46 тропосферных радиорелейных станций (ТРРС), расположенных большей частью вдоль побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов и крупнейших сибирских рек: Обь, Енисей и Лена.

Эта система связи, которая была развернута в конце 60-х годов, обеспечивала связью воинские части силовых министерств, а также администрацию и население Крайнего Севера и Дальнего Востока на территории, составляющей 60% площади России. Это сеть радиорелейных станций, расположенных друг от друга на расстоянии 120-450 км и представляющих собой автономные военные городки, которые самостоятельно решают вопросы обеспечения электроэнергией и теплом, эксплуатации техники, жизнеобеспечения и доставки необходимых грузов.

1. По плану эта станция должна была быть введена в строй в 1965 году, но при монтаже упала одна из антенн, и вся линия связи была запущена в эксплуатацию в 1966 году.

2. В начале эксплуатации системы была предпринята попытка организовать обслуживание линий гражданскими связистами. Но из-за очень тяжёлых социально-бытовых условий в местах дислокации станций и, как следствие, невозможности набора гражданских специалистов на большую часть станций, правительство было вынуждено привлекать военнослужащих.

3. Рано утром, переночевав около станции, мы пошли её исследовать. Витя в попытках найти нужный ракурс провалился в снег по пояс. Передвигаться по территории можно было только по колеям от Буранов. Или вот так - продираясь через снег.

4. Разграбленная дизельная. Все станции находились в отдаленных районах и существовали почти автономно.

5. Какая-то параболическая антенна, смотрящая в сторону Салехарда.

6. Разрушенная аппаратная.

7. В 60-е годы спутниковая связь только-только зарождалась, а северные регионы родины нужно было связать надежной связью уже вчера.

8. Но, к сожалению, тропосферная связь не была надежной. Во-первых, это очень существенное ослабление сигнала в несколько сотен раз, а во-вторых, существовала проблема позиционирования приёмных антенн - в зависимости от состояния тропосферы передаваемый сигнал мог существенно смещаться.

Дополнение от человека, служившего там: Тропосферная связь была очень надёжной . Даже минутное пропадание сигнала уже считалось ЧП, а за большее (3? 5? уже сейчас не помню) весь персонал станции имели так, что... мама не горюй. На такое ослабление сигнала станция была расчитана. А сезонно-погодные изменения уровня корректировались персоналом станции. Проблем позиционирования приёмных антенн не существовало. Был один случай в истории (станция "Милан"), когда расчёты были сделаны неверно, и станцию пришлось перестраивать.

9. Но на тот момент других решений не было.

10. «Чайка» - узловая станция, которая обслуживает три направления. Размер антенн - 30х30 метров. На каждое направление установлено 2 штуки.

.::кликабельно::.

11. Рупорный излучатель. В нём совмещены и приёмный, и передающий элементы (они расположены под углом 90 градусов друг к другу, что исключает воздействие друг на друга).

12. Дальность тропосферной загоризонтной линии связи «Горизонт» составляет 250-500 километров. Принципом функционирования этой системы является свойство отражения радиоволн от верхних слоев атмосферы (на высоте 10-12 километров).

13. Станция «Чайка» была закрыта в декабре 2000 года, а в 2003 году вся ТРРЛ «Север» была выведена из эксплуатации. Ее заменила спутниковая связь.

14. А антенны продолжают стоять. Вывезти их на металлолом просто некуда, да и очень дорого...

Тропосферной радиосвязью называет прямую радиосвязь на УКВ, осуществляемую в условиях отсутствия "прямой видимости" между антеннами путем использования дальнего тропосферного распространения ультракоротких волн (ДТР УКВ).

как и в других видах радиосвязи, оно осуществляется с помощью электромагнитных волн, но обязательно требует воздушной среды. В PPJI прямой видимости воздушная среда приносит лишь вред, снижая устойчивость работы линии.

Реально величины - угол рассеяния, угол встречи, угол направленности антенн и геоцентрический угол не превышают 3 ... 5Радиоволны, излучаемые антенной, передатчика А пронизывают тропосферу, на пути встречая локальные неоднородности, отражаются от них в разные стороны, в том числе и в направлении приемной антенны Б (причем очень малая часть). Значительная часть теряется в мировом пространстве. Для повышения эффективности улавливания рассеянной энергии приемная антенна по аналогии с передающей имеет узкую диаграмму направленности и сориентирована практически по линии горизонта в сторону передающей станции А так, что ее диаграмма направленности пересекается с диаграммой направленности передающей антенны непосредственно над уровнем пересечения касательных к земной сфере в точках А и Б. В пересечении телесных углов диаграмм направленности передающей и приемной антенн образуется переизлучаюший объем Q (на рис. 1 в разрезе фигура a, b, c, d).Величина является высотой переизлучающего объема

Тропосферная связь имеет ряд особенностей обусловленных непосредственно явлением ДТР УКВ

а) Эффективность рассеяния и отражения энергии УКВ от неоднородностей тропосферы очень низка, а поэтому потери на участке распространения УКВ очень велики и растут с увеличением расстояния R и укорочением длины волны. К примеру, при расстоянии R = 500 км и длине волны = 1,5 м дополнительные потери по сравнению с потерями в свободном пространстве составляют около 80 дБ, т.е. на тропосферной линии протяженностью 500 км потери практически такие же, что и на линии космической связи протяженностью 5 млн.км.

б) На уровень сигнала при ДТР УКВ оказывает влияние рельеф местности, простирающийся на некотором расстоянии перед антеннами в направлении на корреспондента. Находящиеся здесь высоты, лес, крупные строения могут оказывать вредное экранирующее действие.

в) На устойчивость тропосферной радиосвязи существенно влияют метеорологические условия и, следовательно, климатические особенности района, по которому проходит трасса.

г) Антенны при ДТР УКВ не могут полностью реализовать свои способности по усилению сигнала по сравнению с излучением в свободное пространство. Следовательно, для тропосферной связи характерно такое явление, как "потери усиления антенны", что существенно снижает эффективность антенных устройств, а это требует дополнительного повышения мощности передатчиков и чувствительность приемников или повышения коэффициента усиления самих антенн,

д) Сигнал ДТР УКВ не стабилен во времени. Средний уровень сигнала испытывает сезонные (а летом и суточные) колебания, причем уровень сигнала зимой ниже, чем летом.

е) Особенностью тропосферной радиосвязи является многолучевая структура сигнала ДТР УКВ, для которой характерна существенная неравномерность запаздывания отдельных компонентов, переизлученных неоднородностями объема (рис. 1), что приводит к сильному искажению амплитудно-частотной и фазочастотной характеристик среды распространения радиосигнала системы тропосферной связи. В результате этого резко сужается полоса пропускания всей системы, искажаются сигналы, возрастают шумы нелинейных переходов между каналами.