Волна уходит за горизонт: советская тропосферная радиорелейная линия связи «Север. Тропосферная связь. Тропосферная радиорелейная линия связи «Север

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.

Принцип радиорелейной связи заключается в последовательной передаче информации от одной оконечной станции к другой через ряд промежуточных станций.

Радиорелейная связь организуется путем строительства линии радиорелейной связи.

Радиорелейной линией называется группа приемо-передающих станций, расположенных на местности на расстоянии прямой геометрической видимости их антенных систем, через которые последовательно проходят сигналы, несущие передаваемую абонентами информацию.

На радиорелейной линии две станции как правило являются оконечными, а остальные - промежуточными. Оконечные станции, как правило, находятся в пунктах, между которыми организуется связь. Промежуточные станции располагаются боле или менее равномерно (в зависимости от рельефа местности) между оконечными радиорелейными станциями. Расстояние между соседними станциями называется интервалом или участком связи. Протяженность одного интервала связи, как правило, равна дальности прямой геометрической видимости между антеннами соседних станций.

Обычно оконечные станции передают и принимают сигналы с одного направления связи, тогда как промежуточные станции производят прием и передачу сигналов в двух направлениях – со стороны предыдущей и со стороны последующей станций. Вместе с тем промежуточные станции могут обеспечивать не только ретрансляцию сигналов с одного направления связи в другое, но при необходимости и ответвление информации, поступающей по части каналов линии связи, с ретрансляцией оставшейся информации по другой части каналов. В соответствии с этим различают режимы работы промежуточных станций: режим чистой или сквозной ретрансляции и режим узловой ретрансляции. Режим чистой ретрансляции используется при ретрансляции всей поступающей информации, а режим узловой ретрансляции – в случае ответвления на станции части поступающей информации и ввода вместо нее новой информации от местных источников (потребителей).

Вывод: Такимобразом принцип радиорелейной связизаключается в последовательной передаче информации от одной оконечной станции к другой через ряд промежуточных станций.

2.Назначение, состав и технические характеристики стации спутниковой связи р-439.

3. Общая характеристика укв диапазона. Понятие радиорелейной связи.

Особенности РР связи, состоящие в использовании УКВ диапазо­на:

В возможности организации многоканальной связи и передачи любых сигналов, как узко полостных, так и широкополосных;

В обеспечении дуплексной связи;

В возможности создания 4-х проводных и 2-х проводных выходов каналов связи;

В широком использовании ретрансляции сигналов для организа­ции связи на большие расстояния. Для УКВ диапазона частот характерно:

Большая частотная емкость;

Практическое отсутствие атмосферных и промышленных помех:

Малая дифракционная (огибающая) способность и возможность создания АМУ узконаправленного излучения и приема электромагнитных колебаний.

Первая особенность УКВ диапазона - большая частотная емкость. Для РР связи может быть использованы любые частоты от 50 до 15000 МГц и более. Это позволяет обеспечивать многоканальную связь, передавать широкополос­ные сигналы, на каждом интервале выделить две частоты: одну для передачи, другую для приема, и организовать благодаря этому двустороннюю связь, обес­печить передачу большого количества информации и добиться увеличения ка­чества связи.

Второе свойство УКВ диапазона - практическое отсутствие атмосфер­ных помех выдвигает на первое место внутренние шумы приемных устройств. Уровень внутренних шумов легко учитывается при проектировании станции и расчете качества связи, и, при необходимости, может быть уменьшен примене­нием МШУ. Это способствует повышению качества связи на РРЛ. Малая дифракционная способность, которая тем меньше, чем короче длина волны. Это явилось основной причиной применения промежуточных станций, для организации связи на большие расстояния. Протяженность интер­валов надо брать такой, чтобы обеспечивалась геометрическая видимость меж­ду их антенными системами.

Все это показывает, что использование радиоволн УКВ диапазона явля­ется главной определяющей особенностью радиорелейной связи.

Каждый тип военных РРС связи обеспечивает в соответствии с предна­значением определенные ТТХ, определяющие боевые возможности типа средств:

Максимально допустимую протяженность линии;

Требуемое количество каналов и их качественные показатели;

Максимально допустимую скорость передачи дискретной инфор­мации при заданных достоверности и надежности;

Необходимое число рабочих частот связи;

Минимальное время развертывания РРС и РРЛ, а также другие по­казатели, определяющие их эффективность и боевые возможности.

Вывод: Таким образом УКВ диапазон характеризуется эффективными свойствами для передачи сигналов и является главной определяющей особенностью радиорелейной связи.

4.Принципы и особенности тропосферной связи .

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.

Станция явилась заменой тропосферной станции Р-412А ("Торф") и по ТТХ значительно превосходит ее (увеличенная дальность связи, цифровые режимы работы на скорости до 480 кбит/с, одновременная работа на два направления, обеспечение помехозащищенной связи, на порядок увеличенная достоверность принимаемой информации, повышенная надежность, меньшая потребляемая мощность, улучшенные условия обитания).Станция предназначена для организации тропосферной связи в оперативно-тактическом и тактическом звеньях управления.Для повышения надежности станции предусмотрено резервирование следующих основных устройств: входных устройств приемников, модемов, возбудителей и передатчиков.Станция оснащена системой автопоиска для автоматического вхождения в связь с корреспондентом.Варианты использования станции:
строительство одноинтервальных направлений связи
строительство тропосферных линий связи протяженностью до 450 км. ...

Станция тропосферной связи Р-423-1 является мобильной радиостанцией, разработанной для обеспечения радиосвязи. Станция Р-423-1 может использоваться для приема/передачи цифровой информации, которая поступает в мультиплексную систему "Импульс".Состав радиостанции Р-423-1:
- транспортное средство 13Д для установки;- транспортное средство связи и технического обслуживания электростанции;- мультиплексная система "Импульс", которая не является частью станции, используется для работы в составе цифрового оборудования.
Базовое шасси:
- для 13Д и электростанции - автомобиль "КаМАЗ-4310";- для средств связи и технического обслуживания - автомобиль "УРАЛ 375Д". ...

Предназначена для осуществления прямых связей на расстояния не менее 150 км и для строительства тропосферных радиорелейных линий связи протяженностью 500-560 км при трех ретрансляциях.Станция Р-412 работает в сантиметровом диапазоне волн.
Сетка частот возбудителя - гетеродина, формирующего частоты излучения и первую гетеродинную частоту приемника, дискретна с шагом в 20 кГц. В первом поддиапазоне формируется 5850 рабочих волн связи, а во втором 6000 волн.В станции обеспечивается работа с фиксированным (192 МГц) и переменным (>192 МГц) разнесением частот приема и передачи. Основным видом работы является работа с фиксированным разносом частот в 192 МГц. При воздействии преднамеренных помех от соседних станций допускается работа с переменным разносом величиной >192 МГц. Мощность излучателя передающего устройства на любой из волн связи в каждой антенне не менее:
- при работе одним передатчиком в режиме деления 200 Вт;
- при работе двумя передатчиками 400 Вт. ...

К основному недостатку радиорелейных линий связи следует отнести ограниченность интервала, обусловленного пределами прямой видимости. Стратегические и оперативные задачи, стоящие перед Вооруженными Силами, требовали широкополосных радиосредств, работающих с интервалом, значительно превышающем 30—40 км.

Несмотря на то, что эффект загоризонтного распространения УКВ-сигналов был установлен еще в 1940-е годы, первые сообщения об устойчивом приёме передач на УКВ на расстояниях, существенно превышающих прямую видимость, относятся к началу 1950-х годов. Создание тропосферных радиорелейных линий (ТРРЛ ) стало возможным благодаря использованию в качестве ретранслятора неоднородностей диэлектрической проницаемости в нижних слоях тропосферы («объём переизлучения»). Объём переизлучения образуется пересечением диаграмм направленности антенн двух станций на высоте до 10—15 км в зависимости от широты. Механизм тропосферного рассеяния достаточно сложен, он зависит от многих географических, климатических, атмосферных и сезонных факторов. Канал тропосферной связи вносит существенно большее затухание сигнала по сравнению с затуханием в свободном пространстве. Для этого канала также характерен многолучевой характер распространения.

Значительная роль в становлении теории и практики дальней тропосферной радиосвязи принадлежит учёным НИИ-100 (ФГУП “НИИ Радио” ) М.А. Гусятинскому, А.С. Немировскому, А.В. Соколову, В.Н. Троицкому, А.А. Шуру .

Преимущества тропосферных линий заключаются не только в повышенной дальности связи, но и в достаточно большой пропускной способности (120 каналов тональной частоты или передача цифровой информации со скоростью до 8 Мбит/с). Развёртывание станций не выдвигает сложных требований к рельефу местности. К недостаткам следует отнести необходимость преодоления больших затуханий в пространстве, и, как следствие, повышенные уровни мощности на передающей стороне и высокая чувствительность приёмников, необходимость использования антенн с высоким коэффициентом усиления. Для борьбы с быстрыми замираниями используются различные методы разнесенного приёма (по пространству, частоте, углу прихода, времени).

Наибольшее распространение получили пространственное и частотное разнесение и их комбинации.

Важнейшими параметрами военных тропосферных линий (как и радиорелейных), являются помехозащищённость, частотная эффективность, скорость развёртывания и др.

Первая военная тропосферная линия начала строиться американцами на побережье Канады в 1954 г. в интересах ПВО США.

В СССР использование тропосферного распространения радиоволн для создания военной аппаратуры связи началось в 1956 г. Уже в то время удалось показать возможность существования линии с интервалом до 250 км. Первые военные тропосферные станции для тактического звена управления “Лодка ” (Р-122 ) и “Фрегат ” (Р-121 ) были разработаны в конце 1950-х годов.

Все последующие годы продолжалась интенсивная разработка средств тропосферной связи. Спутниковая связь была тогда ещё очень слабо развита, и только позже она в значительной степени потеснила тропосферную связь, особенно в гражданской области, но, тем не менее, полной альтернативы тропосферной связи для военного применения нет даже в настоящее время.

Главная обязанность по созданию военных тропосферных систем была возложена на НИИ-129 (МНИРТИ ), КБ Красноярского радиотехнического завода и КБ Светловодского радиозавода. К серийному изготовлению аппаратуры для ТРРЛ были подключены Владимирский завод “Электроприбор ”, Красноярский завод телевизоров (ПО “Искра” ), Красноярский радиотехнический завод (“НПП «Радиосвязь» ”), Светловодский радиозавод (ПО “Олимп” ) и ряд других заводов промышленности средств связи.

В 1961 г. в НИИ-129 была разработана ТРРЛ дециметрового диапазона (475—625 МГц) Р-408 (“Баклан ”). Станция обеспечивала передачу 12 телефонных каналов и размещалась на четырёх автомашинах ЗИЛ-157 с двумя прицепами. Эта станция в 1964 г. была модернизирована и выпускалась, как Р-408М . В ней применялись антенны диаметром 10 м, передатчики с выходной мощностью 1 кВт. Станции уже могла передавать до 24 телефонных каналов, в зависимости от местных условий интервал составлял от 150 до 180 км.

Начиная с 1969 г. стали выпускаться хорошо зарекомендовавшие себя в дальнейшем станции дециметрового диапазона типа Р-410 (“Атлет”).

Станции имели несколько модификаций и отличались, в основном, диаметром применяемых антенн. Тропосферные линии, построенные на станциях типа “Атлет ”, могли иметь до 10 интервалов. В такой линии обеспечивалась дуплексная передача до 12 телефонных каналов. В станциях могли быть использованы антенны диаметром 5,5; 7,5 и 10 м. Соответственно интервалы линии составляли от 130 до 160 км (рис. 1).

Рис. 1.

Аналогичные станции стали выпускаться и с антеннами диаметром 2,5 м (“Альбатрос ”). Эти станции работали также в дециметровом диапазоне волн. В качестве транспортной базы использовались автомашины ЗИЛ-131 и УРАЛ-375. Станции были приняты на вооружение и широко использовались для создания мобильных и стационарных линий тропосферной связи в оперативно-тактическом звене управления Вооруженными Силами.

В эти же годы в конструкторском бюро Красноярского радиотехнического завода проводились разработка семейства подвижных малоканальных станций тропосферной связи сантиметрового диапазона для оперативно-тактического звена управления типа Р-133 (“Корвет ”) и Р-412 (“Торф ”). В станциях Р-412 впервые в нашей стране был применён счетверённый приём сигналов и оптимальное их сложение по промежуточной частоте с использованием обратной связи, что обеспечивало высокую помехозащищённость. Станции имели много разновидностей и выпускались в стационарном и подвижном вариантах. В качестве транспортной базы использовались как автомобили (“Урал-375Д”, “КАМАЗ-4310”, “Урал-4320” ), так и бронетранспортеры. Они обеспечивали передачу до шести телефонных каналов или передачу данных со скоростью 48 кбит/с. Протяжённость линии достигала 500 км при средней дальности интервала 150 км. Станции Р-410 и Р-412 были наиболее массовыми, они до настоящего времени широко используются в российской армии (рис. 2).

Рис. 2. Тропосферная станция Р-412

Техника неумолимо движется вперёд, и то, что вчера было верхом совершенства, сегодня представляется просто мастодонтом. Но на каждом этапе смены поколений техники рождаются уникальные по своим характеристикам долгожители, о которых специалисты будут часто вспоминать и приводить их в пример, как воплощение наилучших качеств изделия, характерного для своего времени.

Так, танкостроение далеко ушло вперёд с времен Второй мировой войны, но танк Т-34 никогда не будет забыт. Станция типа Р-412 (“Торф ”) по своей популярности сродни танку Т-34. То же самое можно сказать о радиорелейной станции Р-404 (“Василёк ”).

В 1976 г. разработана 24-канальная дециметровая тропосферная линия сверхдальнего распространения дециметрового диапазона волн с интервалом между станциями до 350... 400 км Р-420 (“Атлет-Д ”). В состав станции входят две антенны “Атлет-АС16 ” диаметром 16 м и коэффициентом усиления в рабочем диапазоне частот - 35 дБ (рис. 3). Антенна сохраняет свою работоспособность при скорости ветpa 30 м/с. ТРРЛ “Атлет-Д” позволила существенно расширить спектр возможных применений тропосферных линий, и в ряде случаев только с её помощью можно было решить поставленную боевую задачу .

Рис. 3.

Для тропосферных станций, работающих в дециметровом диапазоне частот и предназначенных для работы в режиме сверхдальнего приёма (250—400 км), необходимы были передатчики с выходной мощностью до 5 кВт. Наиболее целесообразно для этих целей использовать мощные СВЧ-тетроды, разработанные на заводе “Светлана” для телевизионных передатчиков УКВ-диапазона типа ГС-17Б. Благодаря оригинальной конструкции колебательных контуров усилителя мощности и выбранному динамическому режиму работы, был разработан ряд современных в то время передатчиков для тропосферных линий связи, в том числе для сверхдальних тропосферных линий “Атлет-Д”, а в интересах КГБ СССР - Р-444 (“Эшелон ”). В передатчике тропосферной станции “Атлет-Д” с выходной мощностью 5 кВт удалось получить высокий КПД и найти эффективный способ теплоотвода, что позволило заменить систему водяного охлаждения электродов лампы на систему воздушного охлаждения и тем самым существенно упростить условия эксплуатации тропосферной станции “Атлет-Д ”.

Выдающаяся роль в становлении военных ТРРЛ принадлежит российскому ученному и инженеру Виктору Семеновичу Куланину (1913—1993). После окончания Московского электротехнического института связи В.С Куланин был направлен в ЦНИИС СА, где после войны окунулся в проблемы тропосферного распространения радиоволн и военно-тактического использования ТРРЛ. В 1958 г. B.C. Куланин был приглашён в НИИ-129 (МНИРТИ ), где был назначен главным конструктором по ряду НИОКР в области тропосферной связи. Им был разработан целый ряд тропосферных станций дециметрового диапазона в интересах Министерства обороны и силовых ведомств СССР - ОКР “Баклан”, “Атлет”, “Альбатрос”, “Атлет-Д” и др., которые были освоены серийно и приняты на вооружение Министерством обороны.

Я проработал бок о бок с B.C. Куланином более 15 лет и всегда восхищался его уверенностью в положительных результатах проводимых исследований и разработок. По его заданиям моя лаборатория разработала целый ряд передатчиков для ТРРЛ. Как главный конструктор, B.C. Куланин всегда давал толковые советы, но от заданных требований не отступал. Когда пришла пора осваивать изготовление передатчиков для аппаратуры “Атлет-Д ” на Владимирском заводе “Электроприбор”, он порекомендовал мне занять там место регулировщика, чтобы ещё раз проверить качество разработки.

За создание комплекса тропосферных станций в 1977 г. коллективу участников разработки и внедрения тропосферных станций была присуждена Государственная премия СССР. Среди награждённых - сотрудники МНИРТИ, КБ КРТЗ и 16 ЦНИИИС МО: главный конструктор МНИРТИ B.C. Куланин, Ю.И. Башаркин , главный конструктор КБ КРТЗ Б.И. Гуревич, Г.В. Дедюкин, Ю.М. Лабазин, Г.А. Малолепший, А.П. Редин.

Станции тропосферной связи широко использовались во время афганских событий как для построения опорных сетей, так и для сетей прямой связи.

Последующие разработки предполагали дальнейшее освоение сантиметрового диапазона и переход к цифровым методам передачи. Основные принципы такого перехода были сформулированы в 16 ЦНИИИС МО д. т. н., профессором И.Р. Сиваковым .

Так, например, широкополосная ТРРЛ Р-417 (“Багет ”) обеспечивала работу в сантиметровом диапазоне волн, имела 16-кратный частотно-пространственный разнос. Такая кратность разноса была предложена сотрудником 16 ЦНИИС МО Г.В. Дедюкиным . Разработка линии была проведена в Московском НИРТИ под руководством главного конструктора В.В. Серова . Максимальная дальность связи с использованием станций Р-417 достигает 1900 км при интервале до 190 км (рис. 4.), обеспечивает передачу 60 телефонных каналов или передачу данных со скоростью до 2,048 Мбит/с. Станция оснащена четырьмя антеннами диаметром 2,65 м или четырьмя антеннами 3x5 м.

Рис. 4. Мобильная тропосферная станция Р-417

ТРРЛ Р-417 по своим техническим характеристикам является самой совершенной в мире и до настоящего времени не имеет аналогов. По имеющимся данным, за рубежом наибольшая достигнутая кратность разноса в ТРРЛ не превышает восьми.

В период с 1985 по 2001 гг., на вооружение были приняты тропосферные станции Р-423-1 (“Бриг-1”), Р-423-2 (“Бриг-2”), Р-423-2А (“Бриг-2А”) и ряд других станций этого семейства (рис. 5). Эти станции существенно превосходили своих предшественниц по пропускной способности (в полтора раза), по помехозащищённости (в 15 раз), по дальности интервала (в полтора раза), по количеству направлений связи от одной станции.

Рис. 5.

Важная роль в военной связи отводится опорным сетям. Они должны обеспечивать возможность быстрого наращивания связи в любом направлении на значительные расстояния. Решение этой проблемы потребовало поиска новых, нетрадиционных подходов. По совокупности предъявленных требований лучше всего поставленной цели соответствовали тропосферные радиорелейные линии (ТРРЛ), для которых характерны большие интервалы между станциями. Первая наиболее крупная опорная сеть на основе ТРРЛ (“Барс ”) была создана в 1980-е годы в интересах государств - участников Варшавского договора (ГУВД). Анализ технических характеристик существующих и разрабатываемых отечественных тропосферных станций позволил выбрать для основных узлов опорной сети аппаратуру типа Р-417 (“Багет”) , наиболее отвечающую предъявляемым требованиям. На базе подвижного варианта аппаратуры Р-417 был разработан стационарный вариант, который использовался в проекте. На отдельных участках большой протяжённости (L>500 км) была применена сверхдальняя ТРРЛ типа Р-420.

В основу создания системы “Барс” , как элемента базовой автоматизированной системы обмена информацией, построенной на единой информационно-технической основе с первичной сетью, был положен зоновый принцип организации связи. В каждой зоне на базе опорных узлов связи созданы линии тропосферной связи с пространственно-частотным разносом.

Система обеспечивала работу с интервалами до 160 км при 60—120 эквивалентных телефонных каналах, а также передачу данных с высокой достоверностью.

Система допускала возможность привязки к ней полевых узлов связи и её наращивания за счёт любых серийных тропосферных, радиорелейных или кабельных линий на расстояние до 1000 км при условии, что суммарная протяжённость тропосферных интервалов не будет превышать 1500 км при расчётной надёжности не менее 90%, а протяжённость радиорелейных или кабельных линий при той же надёжности не будет превышать 2500 км.

С целью обеспечения необходимых требований были проведены доработки аппаратуры тропосферной связи, аппаратуры уплотнения (по характеристикам ТЧ канала), аппаратуры вторичного уплотнения (по уровню загрузки) и аппаратуры конфиденциальной связи. В результате по своим электрическим параметрам система “Барс” была приведена в соответствие требованиям МСЭ, что обеспечивало её сопряжение с телефонной сетью общего пользования по стандартным стыкам.

Отличительными особенностями системы являлись повышенная помехозащищённость и надёжность работы, которые обеспечивались как за счёт высокой собственной аппаратурной надёжности, так и наличия в сети двух и более обходных путей. Фактическая надёжность связи между двумя любыми объектами была не менее 99,99%.

Таблица: Основные характеристики военных тропосферных средств

4 «ЗИЛ-157» и прицепы

3-6 ТФ; до 48 кбит/с

2 «Урал-375Д» и «ЗИЛ-131»

Системы централизованного и распределенного управления сетью связи, телеконтроля и телесигнализации охватывали опорную сеть в целом. Управление элементами сети осуществлялось по системе служебной связи, исключающей возможность несанкционированного доступа. Каналы системы управления дублировались аварийной коротковолновой радиосвязью.

Работы по созданию системы “Барс” велись в тесном контакте с НС ВС. Ответственность со стороны военных была возложена на заместителя начальника войск связи В.И. Соколова .

В декабре 1987 г. система “Барс” была успешно сдана в эксплуатацию, по своим основным параметрам она превосходила лучшую зарубежную систему аналогичного назначения, построенную в Европе (“Айс-Хай”).

Я начинал эту работу как главный конструктор, а в 1987 г. - как заместитель министра промышленности средств связи вместе с нашими военными участвовал в её приёмке.

В таблице даются характеристики военной тропосферной аппаратуры, широко используемой в войсках. Как и в случае радиорелейной аппаратуры, каждый типономинал имеет ряд модификаций, связанных особенностями войскового применения, используемыми транспортными средствами или стационарным вариантом поставки, привлечённой компонентной базой и т. д. Однако приведённые в таблицах данные являются основными для большинства типономиналов.

Уже после развала Советского Союза, когда потребность в военных средствах связи резко упала, промышленные предприятия через наши внешнеторговые организации искали пути выхода на международный рынок. Поступил заказ из Бахрейна на приобретение одной станции Р-417Р . Поставщик (а ныне это украинское производственное объединение “Олимп ” в г. Светловодске) охотно пошёл на сделку, тем более, что после строительства системы “Барс” в Восточной Европе перестали существовать ограничения, связанные с секретностью построения этой станции. Естественно, ожидалась покупка и второй станции для создания интервала связи. Однако этого не произошло, что свидетельствует о том, что станция нужна была не Бахрейну, а какой-то другой стране для анализа и изучения нашего “ноу-хау”, которое повторить за рубежом не удалось ещё никому до настоящего времени.

В последние годы с меньшей интенсивностью, но продолжаются работы по созданию более совершенных тропосферных станций для замены когда-то знаменитых Р-410М, Р-420-М, Р412М.

Важное направление работ - создание неких гибридов, способных работать либо в радиорелейном, либо в тропосферном режиме в зависимости от поставленных боевых задач. Одно из предложений состоит в использовании для тропосферных систем кодированной ортогональной модуляции с частотным уплотнением.

Литература

1. Мырова Л. О. Страницы 50-летней истории МНИРТИ // Электросвязь. –2006. –№ 8.
2. Кукк К. И. Двадцать семь лет служения МНИРТИ // Электросвязь. –2006. –№ 8.
3. Гусятинский И.А., Немировский А.С., Соколов А.В., Троицкий В.Н. Дальняя тропосферная радиосвязь. –М.: Связь, 1968.
4. Яковлев Л.И. и др. Тропосферная связь. –М.: Воениздат. –1984
5. Базовые средства, комплексы и системы военной связи. Энциклопедический справочник, том 1. -16 ЦНИИИ МО РФ, Мытищи. –2005.