углов прихода ЭМВ, в пределах октанта. Представлены результаты обработки суперпозиции характеристических волн с круговой поляризацией и при отношении сигнал/шум, равном 3. На рис. 2, а показано распределение Кв при настройке антенной системы (ПФ) на прием сигнала круговой поляризации. Из результатов численного моделирования следует, что максимальный выигрыш при настройке ПФ на прием сигналов КП достигается в области оси симметрии АС -20-22 дБ. Ближе к краям октанта Кв уменьшается до величины - 10-12 дБ. На рис. 2, б показано распределение К при настройке ПФ на подавление сигналов ЭП. При использовании фильтра ЭП достигается почти равномерное распределение коэффициента Кв от 16 дБ до 22 дБ (рис. 3,

б).

Таким образом, результаты моделирования показывают достаточно высокие потенциальные возможности рассматриваемых ПФ для снижения влияния поляризационных замираний. Максимальный выигрыш в подавлении одной из ХВ у двух фильтров составил 22

дБ.

100

80

60

40

20

N

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА

Преобладание волн в %:

О-волна - 58,7

N=300

Х-волна - 41,3

Экспериментальный комплекс позволялпроводитьв

автоматизированномрежиме

непрерывные длительные измерения комплексных амплитуд с выходов трех ортогональных антенн. Основу комплекса составляли: три взаимно

-0.8 -0.6 -0.4 -0.2

0.2

0.4

0.6

0.8

R

Рис. 3.

О

а

4i

ортогональные магнитные антенны; радиоприемное устройство (РПУ) «Катран»; аналого-цифровой преобразователь (АЦП); стандарт точного времени и частоты, сигналы которого использовались для выдачи высокостабильной опорной частоты РПУ и частоты дискретизации АЦП; электронно-вычислительная машина для автоматического управления и контроля работоспособности комплекса, обработки, оценки и записи результатов измерений.

Эксперимент по определению коэффициентов эффективности снижения поляризационных замираний проводился вблизи г. Иркутска на радиотрассе протяженностью 113 км с географическим азимутом у/о=64°. Одновременно с помощью ионозонда слабонаклонного зондирования, использующего линейно-частотно-модулированный(ЛЧМ)сигнал, контролировалась ионосферная ситуация. Регистрация непрерывного радиосигнала осуществлялись на частоте f=3.13 МГц. Она определялась исходя из средних данных слабонаклонного зондирования ионосферы, соответствующих средней точке трассы для выбранного периода времени. Несмотря на сравнительную близость

передатчика, влиянием земной волны можно было пренебречь, так как ее дополнительное

A(t)

т,Гц

Рис. 4.

0

-1

0

передатчиком

ослабление было обусловлено тем, что между приемным комплексом и находился горный массив.

С целью ослабления интерференционных эффектов, вызванных отражением от земной поверхности и окружающих предметов, была выбрана такая ориентация системы координат

антенн, при которой ось симметрии

Ивх

а)

256

1 N

Sf)

б)

1.6

т

2.4

f Гц

Ивх

в)

1 N

S(f)

г)

1.2

2.4

2.8

f Гц

Ивх

д)

Ивх

1 N

ж)

Sf)

е)

f, Гц

0.8 1.2 1.6 2 2.4 2.8 3.2

1 N

Рис. 5.

Sf)

з)

3-компонентной антенны была направлена в зенит. При этом точность установки платформы с 3-компонентнойантенной

относительно географической системы координат составляла несколько градусов. Значение ожидаемого зенитного угла 9о для выбранного периода времени составляло около 11°. Такое расположение АС относительно направления прихода ЭМВ позволило регистрировать ХВ со слабовыраженной

эллиптичностью.

Как видно из рис. 3, в большинстве случаев коэффициент (эллиптичности) R, равный отношению малой полуоси эллипса поляризации к большой, находился в пределах 0,6<R<1. Большая часть

1.6

2.4 2.8 3.2

if Гц

данных получена периода, когда происходило от ионосферы. По регистрации сигналовбыл

для ночного отражение F2 области результатам ионосферных построен

доплеровский динамический спектр (рис. 4) с интервалом интегрирования 30 секунд. Анализ динамического спектра показал, что в основном присутствовали две или три моды распространения (участки а и б соответственно), однако есть участки, где наблюдалась одна мода (участок в). Для экспериментальной оценки эффективности ПФ из всей совокупности наблюдений были выбраны участки времени, подобные характерным участкам а и б (рис. 4), в которых присутствовали несколько мод распространения. Далее определялся тип характеристической волны (обыкновенная или необыкновенная). Если в сигнале присутствовали обыкновенная и необыкновенная волна, то производилась обработка с целью снижения влияния одной ХВ на другую.

Алгоритм обработки экспериментальных данных от алгоритма моделирования отличался тем, что на первом этапе вместо генерирования модельных рядов происходила регистрация комплексных амплитуд с трех взаимно ортогональных антенн. На рис. 3 показано процентное соотношение преобладания характеристических волн по результатам обработки сеансов наблюдения. Видно, что во время проведения эксперимента в среднем преобладала обыкновенная волна - в 58,7 % случаев.

Ниже представлены результаты экспериментальной оценки эффективности 3-ортогональных ПФ круговой и эллиптической поляризации в диапазоне КВ. Обработке подверглись результаты регистрации, представляющие собой 300 сеансов наблюдений длительностью по 30 с. каждый. На рис. 5 представлены характерные временные (а, в, д, ж) и частотные (б, г, е, з) зависимости сигналов, полученные во время проведения эксперимента. На

160

100

120 —

0

80

-100

40

-200

0

1.2

2.8

512

200

60

100

40

20

-100

-200

256

512

80

60

40

40

0

20

-40

-80

256

512

40

16

20

12

n

П1кв=12Д дБ, <7кв=4,9 дБ

кв, дб

рис. 5, а, б, д, е показаны типовые входные сигналы и их спектры. На рис. 5, в, г, ж, з показаны суммарные выходные сигналы и их спектры.

Качественная оценка показывает, что сигналы до обработки представляют собой, в основном, сумму двух ХВ, смещенных по частоте друг относительно друга, что приводит к значительным замираниям на входе. После поляризационной обработки сигналов одна из ХВ оказывается подавленной, вследствие чего ее воздействие на другую волну уменьшается. На рис. 6, а изображена гистограмма распределения Кв при настройке ПФ на прием сигналов КП. На рис. 6, б показана гистограмма распределения Кв при использовании ПФ ЭП. Видно, что средний выигрыш у двух ПФ почти не отличается друг от друга - 12,1 дБ у первого и 11,7 у второго.

На наш взгляд, это объясняется тем, что при проведении эксперимента было выбрано такое расположение оси симметрии АС относительно направления прихода фронта ЭМВ, при

котором регистрировались ХВ с поляризацией

а)близкой к круговой (рис. 3). Как следует из результатов моделирования (рис. 2), при приеме ХВ круговой поляризации в области оси симметрии АС полученные коэффициенты Кв для исследуемых ПФ также имеют примерно одинаковые значения (20-22 дБ). Если сравнивать СКО Кв, то у ПФ КП оно несколько выше, чем у фильтра ЭП - 4,9 дБ и 4,6 дБ, соответственно. Скорее всего, такой разброс значений оценки вызван флуктуацией углов

б)прихода ЭМВ вследствие хаотического изменения высот отражения характеристических волн. Больший разброс Кв у ПФ КП, возможно, связан с его зависимостью от направления прихода ЭМВ (рис. 2, а): чем дальше направление прихода ЭМВ от оси симметрии

-1 Кв дБ АС, тем меньше выигрыш, и наоборот. При

0 4 8 12 16 20 24настройке 3-ортогонального ПФ на прием

Рис. 6.сигналов ЭП наблюдается более равномерное

распределение Кв и, следовательно, его меньший разброс относительно среднего значения. При этом меньшая зависимость выигрыша от направления прихода ЭМВ согласуется с полученным при моделировании распределением

(рис. 2, б).

Таким образом, полученные экспериментальные результаты показывают возможность применения 3-ортогонального ПФ круговой и эллиптической поляризации для разделения суперпозиции ХВ в диапазоне коротких волн. При известном направлении прихода ЭМВ 3-ортогональный ПФ КП не уступает по эффективности фильтру ЭП. В среднем полученная оценка эффективности при экспериментальной проверке равна 12 дБ. Расхождения с результатами моделирования связаны с наличием ограничений и допущений при моделировании, а также с неточностью ориентации 3-ортогональной АС относительно направления прихода ЭМВ при проведении эксперимента.

n

Шкв=11,7 дБ, <7кв=4,6 дБ

пф эп

ВЫВОДЫ

В настоящей работе на основе численного моделирования и экспериментальной проверки показана возможность использования 3-ортогонального поляризационного фильтра круговой и эллиптической поляризации для разделения суперпозиции характеристических волн в диапазоне КВ. Произведена оценка эффективности рассматриваемых ПФ. Максимальный выигрыш в подавлении одной из ХВ у фильтров круговой и эллиптической поляризации при моделировании составил 22 дБ, при экспериментальной проверке - 12,1 дБ и 11,7 дБ