Прогноз рабочих частот делаем самостоятельно

Б. ЖДАНОВ

 РАДИО № 8, 1982 г.

Выбор рабочих частот и времени проведения коротковолновой связи — вопросы, всегда актуальные для радиолюбителей. Широко известные методы прогнозирования частот на месяц или сезон года дают среднее значение максимальной и минимальной принимаемых частот для данного периода года при спокойном состоянии ионосферы. Фактические же их значения на каждые отдельные сутки, как правило, значительно отличаются от прогнозируемых. 

Учитывая сказанное, использование месячных прогнозов во время связи на большие расстояния требует поправок, которые можно сделать на основании данных станций вертикального или наклонного зондирования или по данным краткосрочного прогноза состояния ионосферы [1]. Однако многие радиолюбители, а нередко и профессиональные радисты не имеют этих данных.

 Длительные наблюдения за коротковолновым диапазоном показали, что в различных районах земного шара имеется много радиостанций, которые постоянно работают на фиксированных частотах. Это — широковещательные станции, радиомаяки, станции точного времени и т. д. 

Наблюдая за изменением слышимости их сигналов, можно с высокой достоверностью судить о характере прохождения радиоволн по радиотрассе: наблюдаемая станция — пункт приема. Этот принцип был использован для ориентации при выборе рабочих частот коротковолновой связи еще в период второй мировой войны. Позднее он начал применяться для оперативного выбора частот дальней радиосвязи в Арктике [2] и с успехом применяется в настоящее время.

 Каждую из наблюдаемых станций можно, по существу, считать станцией наклонного зондирования. А при наличии в определенном районе нескольких таких станций (5—10) с частотами, разнесенными по KB диапазону, их можно рассматривать уже как систему зондирования. Она будет «пассивной» в отличие от «активной», в которой зондирующие сигналы излучают специальные радиопередатчики на множестве частот коротковолнового диапазона, тем самым создавая помехи работе различных связных и широковещательных станций. 

В условиях научно-технической революции при интенсивном развитии идей «активного» зондирования можно ожидать, что в недалеком будущем станции и системы «активного» зондирования станут неотъемлемой частью радиосистем и коротковолновая связь будет проводиться только с предварительным зондированием радиолинии. По оценкам зарубежных специалистов, которые уже имеют опыт эксплуатации подобных систем, это приведет к такой загрузке KB диапазона зондирующими сигналами, что вместо ожидаемого улучшения К, В связи может произойти ее полная дезорганизация. 

Идея рационального использования частот в системах наклонного зондирования для определения и прогнозирования диапазона рабочих частот была положена в основу специального исследования. Начиная с 1965 года и в течение 1970, 1971 и 1977 годов в нескольких пунктах страны велось систематическое, с дискретностью в два часа, наблюдение за изменением слышимости сигналов радиостанций на частотах, близких к 6, 8, 10, 13, 17 и 21 МГц (см. таблицу). 

Слышимость сигналов оценивалась в баллах (0...5), а регистрация полученных оценок велась в форме кривых характеризующих изменение уровня слышимости сигналов во времени, в координатах «балл слышимости — время суток».

В итоге были получены временные ряды динамики оценок слышимости сигналов на шести частотах. Попытки применить для этих целей аппаратуру и получить оценки сигналов в децибелах не имели успеха, так как пока не существует общедоступных приборов, способных разделить на одной частоте сигнал, помеху и фединги. В то же время радист средней квалификации эту задачу решает вполне успешно. Многолетняя практика показывает, что опытные радисты одинаково оценивают слышимость одного и того же сигнала, а экспертная оценка, как известно, занимает законное место в системе оценок. 

При обработке результатов наблюдений математическими методами каждый временной ряд динамики оценок рассматривался как отдельная выборочная реализация случайного процесса. 

Применив математический аппарат теории случайных процессов, рассчитали автокорреляцию уровней сигналов, принятых на каждой из шести частот, и корреляцию между уровнями сигналов на различных частотах для любого момента времени суток [З]. Анализ полученных математических зависимостей позволил сделать важные для практической стороны дела выводы [4]. 

Во-первых, при отсутствии «вспышки» поглощения радиоволн каждая кривая, характеризующая изменение уровня слышимости наблюдаемых сигналов, определенное время сохраняет то направление, которое она приобрела. Это обусловлено инерционными свойствами среды распространения радиоволн. При спокойной ионосфере эта инерционность сохраняется до трех-четырех часов, что позволяет экстраполировать кривую на три-четыре часа и таким образом дать краткосрочный прогноз уровня сигнала наблюдаемой радиостанции на этот период.

Во-вторых, для среднеширотных радиолиний любой протяженности, на правления и любого времени суток существует закономерность, проявляющаяся в том, что между амплитудами принимаемых сигналов в пределах определенной полосы частот наблюдается положительная статистическая связь, т. е. изменение амплитуд этих сигналов происходит как бы «согласованно» во времени. Причем чем ближе друг к другу частоты, на которых принимаются эти сигналы, тем эта статистическая связь проявляется сильнее. 

Наконец, в-третьих, существует большая вероятность повторения процессов, произошедших в среде распространения радиоволн KB диапазона (например, процесс уменьшения уровня принимаемого сигнала на известной частоте) и в последующие одни - двое суток с периодом 24 ±: 2 часа. Поэтому информацию о процессах, накопленную в прошедшие сутки, можно и целесообразно использовать в качестве индикатора времени наступления события, которое может произойти на частоте приема и в текущие сутки. Для диапазона частот 9... 15 МГц надежность такого индикатора будет выше, чем для диапазона 3...9, 15...24 МГц. 

Эти выводы легли в основу практического метода использования принципа пассивного наклонного зондирования для определения и краткосрочного прогнозирования диапазона рабочих частот KB связи в любом приемном пункте. Непременным условием применения метода является знание географии и отличительных признаков или позывных станций, работающих на постоянных частотах.

Для построения кривых, характеризующих изменение уровней сигналов на контролируемых частотах, необходимо заранее подготовить специальные планшеты частотной обстановки— бланки миллиметровой бумаги с нанесенными на них координатными осями по числу контролируемых частот (рис. 1,а — данные предыдущих суток, 1.6 — текущих суток). По горизонтали откладывается время суток, по вертикали — уровень слышимости сигнала в баллах (0...5). Наименьшая частота — на нижних осях. 

Регулярно, через один или два часа в течение всего периода наблюдений (неделя, месяц, год), оценивают слышимость сигналов всех выбранных радиостанций. Результат контроля проставляют в виде точки одновременно на всех графиках. Точку, полученную в последующий момент времени, соединяют с предыдущими и т. д. Семейство по лученных таким образом кривых наглядно характеризует динамику процесса изменения рабочего диапазона радиоволн во времени суток, по существу, это графическая модель динамики радиолинии. На ней видно начало и конец роста и спада уровня сигналов на каждый из контролируемых частот, тенденция его развития. Важнейшим результатом такого построения является наглядность частотно- временных взаимосвязей на выбранной радиолинии. Это позволяет даже самому неискушенному в вопросах распространения радиоволн радисту увидеть, какие радиоволны KB диапазона проходят по радиолинии в течение суток лучше, а какие хуже или совсем не проходят. 

Продолжая наблюдение за слышимостью сигналов и в последующие сутки, можно заметить хорошую повторяемость процессов, обусловленную су точным циклом вращения Земли. Одновременно наблюдают и отклонения уровней контролируемых сигналов и во времени, и по частотам, имеющие случайный статистический характер. Именно эти отклонения и определяют суточные колебания фактических границ рабочего диапазона частот относительно прогнозируемых на месяц, сезон года. Выявить их удается путем активного или пассивного наклонного зондирования радиолинии. Поэтому при выборе рабочих частот с помощью графической модели динамики радиолинии необходимо помнить о возможных отклонениях. 

Обработка экспериментальных данных позволила установить, что полоса частот, пригодных для установления связи с корреспондентом в районе наблюдаемых станций, находится около той из контролируемых частот, у которой амплитуда имеет в данный момент максимальное значение и наблюдается тенденция ее роста. Определенную таким образом частоту принимают за ориентир fоp, относительно которого рассчитывается искомая полоса частот f = (B-A), где А = 0.87fоp, a В = 1.12fоp. Например, если fоp = 8 МГц, то f = 2 МГц, и расположена эта полоса частот будет в пределах от 6,96 до 8,96 МГц. Так как этот прогноз статистический, то выбор частоты-ориентира необходимо производить путем сравнения текущих значений уровней сигналов на каждой из частот с аналогичными значениями в прошедшие несколько суток. 

Графическую модель динамики радиолинии можно преобразовать в более привычную для специалистов KB связи форму графика диапазона рабочих частот. Для этого на горизонтальных осях под участками кривых графической модели, где уровни сигналов более нуля (рис. 1,б), проводят отрезки сплошных линий (рис. 2). После этого кривую фактических значений МПЧ за данные сутки проводят так, чтобы она плавно соединяла концы полученных отрезков, огибая их сверху. Аналогичную кривую фактических значений НПЧ получают проведением плавной кривой так, чтобы она соединяла концы отрезков, огибая их снизу.

Построив такую модель, можно прогнозировать время связи с корреспондентом и прекращение ее, в зависимости от чего условиться о переходе на другую частоту. 

г. Москва

 ЛИТЕРАТУРА 

1. Зевакина Р. А., Лаврова Б. В., Ляхова Л. Н. Основы прогнозирования ионосферно-магнитных возмущений и служба краткосрочных прогнозов. — М., Наука, 1967. 
2. Куперов Л. Оперативный выбор рабочих частот дальней радиосвязи ААНИИ. - Морской флот, 1961, № 11.
3. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. М., Мир. 1974. 4. Жданов Б, Б., Кутеко А. М. Каналы связи автоматизированных систем. М., ВПА, 1978.