 |
 |
№ 3 май-июнь 2006 г.
Тема номера: МЕТРИКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
|
|
ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ МЕТЕОРНОЙ СВЯЗИ
С. Б. Титков, ведущий инженер ООО «СТАЛТ ЛТД» |
|
  |
Стремительный прогресс в области электронной техники, появление быстродействующих микропроцессорных средств, элементов памяти большой интеграции и твердотельных устройств функциональной электроники в последнее время возродили интерес в ряде стран (США, Канаде, Японии, Финляндии и др.) к опробованной еще в начале 60-х годов метеорной связи, которая благодаря ряду специфических особенностей привлекает внимание не только широкого круга потребителей, но и позволяет надежно решать ряд важных задач народного хозяйства.
Физические основы связи
Метеорный радиоканал (МРК) образуется в результате отражения радиоволн метрового диапазона от ионизированных метеорных следов, которые хаотически возникают в верхних слоях земной атмосферы на высотах 80–110 км в результате сгорания мелких частиц космического происхождения. Каждый метеорный след, представляющий собой столб ионизированного воздуха радиусом около метра и длиной до нескольких десятков километров, после сгорания метеорной частицы существует от сотых долей секунды до единиц секунд. В течение этого непродолжительного времени он может исполнить роль естественного пассивного ретранслятора радиосигналов и обеспечить направленное зеркальное отражение метровых радиоволн, создавая возможность радиосвязи между удаленными пунктами.
Метеорный радиоканал представляет собой прерывистый канал с рядом случайных параметров, таких как время и место появление метеора, численность метеорных радиоотражений, длительность существования и электронная плотность метеорного следа.
Несмотря на прерывистость и относительно небольшую среднюю пропускную способность (до нескольких десятков, сотен битов в секунду), метеорная связь имеет целый ряд преимуществ, выгодно отличающих ее от других традиционных видов связи.
1. Значительная дальность распространения радиоволн (до 2000 км) и отсутствие так называемых мертвых зон, что позволяет охватывать большие территории и ставит метеорную связь в один ряд с другими «загоризонтными» видами связи.
2. Направленность распространения радиоволн. Относительно малые размеры метеорного следа и геометрия распространения позволяют принимать сигнал от конкретного метеора в ограниченной эллипсной зоне с размерами 20 на 50 км (большой размер ориентирован вдоль трассы). Это свойство, с одной стороны, позволяет одновременно обслуживать большое количество корреспондентов на одной рабочей частоте, с другой – дает преимущество метеорным системам в части электромагнитной совместимости (ЭМС) с другими средствами и скрытности (трудности перехвата и постановки помехи средствами электронного противодействия).
3. Статистическая устойчивость МРК позволяет организовать надежные линии связи в любое время суток и года без необходимости смены рабочих частот. Это обстоятельство дает возможность полностью автоматизировать работу метеорных станций при простоте аппаратных средств.
4. Относительно малые энергетические затраты в канале обусловлены малым уровнем шумов (в основном космического происхождения) и малым поглощением в ионосфере. Это преимущество позволяет делать аппаратуру связи сравнительно малогабаритной и не энергоемкой.
5. Устойчивость к естественным и искусственным возмущениям в атмосфере Земли позволяет работать в северных широтах, для которых наиболее характерны различные аномалии ионосферы, парализующие средства более длинноволновых диапазонов. Данное свойство представляет особый интерес в чрезвычайных и критических ситуациях, когда метеорные средства могут оказаться единственными, способными в короткий срок восстановить связь.
Одним из серьезных недостатков традиционных видов дальней связи, использующих ионосферное рассеивание (коротковолновые и ионосферные системы связи), является их зависимость от нестабильности процессов в ионосфере, ведущих к нарушениям, а иногда и к полной парализации радиосвязи. В коротковолновых системах это приводит к необходимости смены рабочих частот в течение суток и использованию специальных регулярных прогнозов для правильного выбора рабочих частот. Естественные ионосферные возмущения наиболее характерны для северных районов, и именно здесь проблемы надежности радиосвязи встают наиболее остро.
С точки зрения надежности связи метеорные системы имеют значительные преимущества, поскольку вспышки поглощения и ионосферные магнитные бури происходят в верхних слоях атмосферы, находящихся выше слоя, где возможны метеорные отражения (80–100 км).
Слой Es, наоборот, возникает именно в зоне образования метеорных следов и поэтому не приводит к прекращению связи, а влияет лишь на ее качество, поскольку отражения от слоя Es имеют свои особенности. Кроме того, хотя метеорный канал и характеризуется целым рядом случайных параметров, он статистически устойчив в течение суток, в течение года.
Известны законы распределения метеорного вещества, суточные и сезонные вариации численности метеоров и зависимости средних характеристик связи от параметров аппаратуры. Поэтому метеорные системы могут обеспечить надежную связь в любое время на одной частоте, в том числе и в районах Севера, что подтверждается данными об успешной эксплуатации ряда таких систем на Аляске.
Наиболее важной характеристикой метеорного радиоканала является среднее время ожидания (tср) метеорного следа с длительностью, достаточной для передачи сообщения. Величина tср существенно зависит от мощности передатчика, коэффициента усиления антенны и от рабочей частоты станции. Следует учесть, что низкие частоты диапазона (порядка 40 МГц) характеризуются большим количеством пригодных метеоров, но и повышенным риском снижения устойчивости канала. Последнее происходит ввиду того, что нижняя частотная граница метеорного радиоканала приближается к диапазону КВ, на который начинает влиять неустойчивое состояние ионосферы. Верхняя граница диапазона (80 МГц) при меньшей производительности канала имеет существенно более высокую устойчивость и надежность связи.
Опыт использования метеорного радиоканала за рубежом
Первые экспериментальные работы по созданию систем метеорной связи проводились в Канаде, США и СССР в 50–60 годах прошлого века. Система Janet (Канада) и экспериментальные линии Красноярск – Норильск и Салехард – Тюмень на практике подтвердили реальность и полезность метеорного радиоканала. Однако отсутствие подходящей элементной базы в то время сдерживало развитие этого вида радиосвязи. Последующий бурный прогресс в микросхемотехнике создал предпосылки для разработки аппаратуры метеорных систем связи широкого применения.
Опережающий прогресс в развитии микроэлектроники в США предопределил их в создании метеорных систем связи. Крупнейшим производителем средств метеорной техники в настоящее время является компания Meteor Communication Corporation (Кент, штат Вашингтон). С 1976–1977 годов там действуют системы кустовой метеорной связи Snotel (Snopack Telemetry – телеметрическая служба сбора метеорологических данных) и Ambcs (Alaska meteor-burst communication system – система метеорной связи штата Аляска).
В систему Snotel в настоящее время входит более 500 удаленных периферийных установок сбора данных, размещенных в 11 западных штатах, которые по запросам передают информацию двум головным станциям. Эти установки с помощью разнообразных датчиков собирают информацию о параметрах снежного покрова, температуре воздуха, количестве осадков и т. д.
Система Ambcs эксплуатируется рядом правительственных организаций и осуществляет большое число операций по сбору метеорологической и полетной информации. Кроме того, в режиме телетайпных сообщений проводится связь с полевыми изыскательными группами.
Известно о создании в Европе на базе Snotel сети Comet и продаже подобных систем в Южную Африку и Египет.
Другой системой метеорной радиосвязи, развернутой на территории США, является система федерального бюро управления страной в экстремальных ситуациях. Она состоит из трех головных станций и перекрывает более 2/3 территории страны.
В Соединенных Штатах имеется опыт использования метеорной связи в системах диспетчерского управления грузоперевозками с использованием автотранспорта (в этом случае автомобили укомплектовываются также приемоиндикаторами навигационной системы Loran C). Примером тому может служить система Transtrac, имеющая 5 головных станций с потенциальной возможностью обслуживания 64000 периферийных терминалов.
Системы метеорной связи довольно широко используется в интересах МО США и НАТО.
В 1983 году под руководством управления связи МО США была организована опытная сеть метеорной связи в составе одной главной станции и восьми ведомых с радиусом действия главной (ведущей) станции 2000 км. Планируется развить сеть МРК до 15 ведущих и до 300 ведомых станций с адаптацией скорости передачи на сеансе связи для оперативного управления стратегическими оборонными и наступательными силами.
Система метеорной связи ВВС США, предназначенная для повышения устойчивости работы наземных средств управления ВС США и обеспечения непрерывности управления стратегическими силами в период нанесения противником ядерного удара и после него, рассматривается в настоящее время как основное средство управления стратегическими силами.
Для управления силами ПВО (NORAD) развернуты две упомянутые выше сети – системы МРК, расположенные на Аляске и в штате Вашингтон. При этом аляскинская система имеет 13 ведомых станций метеорной связи, установленных на станциях дальних радиолокационных данных, так как считается, что станции спутниковой связи подвержены воздействию средств радиоэлектронной борьбы.
Дальнейшее развитие метеорной связи ВВС направлено на интеграцию этих систем в единую систему метеорной связи NORAD, которая охватит все основные оперативные центры.
Предложения по использованию и разработке модификаций аппаратуры
Исходя из опыта использования метеорных средств за рубежом, можно выделить сферы их наиболее эффективного применения в народном хозяйстве.
Системы автоматического дистанционного сбора данных:
- системы гидрометеорологических служб, осуществляющих контроль температуры и влажности воздуха, уровень осадков, направления и скорости ветра и др.;
- системы экологического назначения, контролирующие качество воздуха и воды в морях, реках и океанах, радиационную обстановку;
- системы предупреждения событий и стихийных бедствий, таких как землетрясения, сход снежных лавин, грязевых потоков и др.;
- системы, используемые в интересах сельского хозяйства, информирующие об уровне воды в реках, толщине снежного покрова, температуре и влажности почв и осуществляющие в режиме телетайпных сообщений связь с полевыми изыскательскими группами;
- консультативно-информационные центры различного назначения.
Автоматический контроль состояния протяженных, территориально разнесенных технических систем:
- нефте- и газопроводы;
- высоковольтные линии электропередач;
- магистральные кабели и др.
Безотказная связь:
- служебная связь между подвижными объектами;
- связь в труднодоступных и удаленных районах;
- связь в северных широтах, подверженных различного рода ионосферным возмущениям;
- связь между автономными потребителями;
- резервные каналы в существующих системах связи, использующие другие виды распространения радиоволн.
Совместное использование с навигационными средствами:
- диспетчеризация транспортных средств, обеспечение безопасности перевозок (междугородные перевозки) и их техническое обслуживание.
- сбор информации о местоположении движущихся объектов (айсбергов, буев и др.).
< ... >
| |
 |
Полную версию статьи смотрите на страницах журнала «Защита информации. Инсайд» |
Обращайтесь!!!
e-mail: magazine@inside-zi.ru
тел.: +7 (921) 958-25-50, +7 (911) 921-68-24
Предыдущая статья СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА Следующая статья
|
