Введение
Глава 1 Радиосистемы космической связи и электрические ракетные двигатели в задачах освоения ближнего и дальнего космоса 23
1.1 Особенности и направления использования электрических ракетных двигателей в задачах освоения ближнего и дальнего космоса 24
1.1.1 Задачи и области применения электрических ракетных двигателей в задачах освоения ближнего и дальнего космоса 25
1.1.2 Проекты изучения и освоения дальнего космоса 28
1.1.3 Виды, принципы функционирования, основные характеристики и компоновочные схемы перспективных электрических ракетных двигателей для освоения ближнего и дальнего космоса 32
1.1.4 Основные электрофизические характеристики плазменных струй ЭРД 47
1.2 Воздействие ЭРД на радиосистемы КА 48
1.2.1 Основные факторы, связанные с функционированием ЭРД 48
1.2.2 Влияние ЭРД на характеристики радиоканала связи с КА 49
1.3 Принципы построения и основные характеристики радиосистем космической связи ближнего и дальнего космоса 54
1.3.1 Радиосистемы космической связи ближнего космоса 55
1.3.2 Радиосистемы дальней космической связи 64
1.4 Цель исследования и решаемые научно-технические задачи 69
1.5 Выводы 72
Глава 2 Методы и экспериментальные установки для исследования в наземных условиях характеристик излучения электрических ракетных двигателей в радиодиапазоне 75
2.1. Нормативно-метрологические и методические основы проведения экспериментальных исследований и моделирования излучения ЭРД в радиодиапазоне
2.1.1 Нормативно-метрологические основы экспериментальных измерений 75
2.1.2 Методология экспериментальных исследований 81
2.2 Анализ современного состояния экспериментальных установок и методов измерения характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 83
2.2.1 Экспериментальные установки на основе вакуумных камер 83
2.2.2 Экспериментальные установки с использованием безэховых камер 84
2.3 Основные имеющиеся результаты измерения характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 89
2.3.1 Результаты измерения характеристик излучения ЭРД в частотной области 90
2.3.2 Результаты измерения характеристик излучения ЭРД во временной области 97
2.4 Экспериментальная установка НИИ ПМЭ МАИ для измерения в наземных условиях характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 99
2.4.1 Конструктивные особенности реализации безэховой камеры 99
2.4.2 Комбинированная экспериментальная установка НИИ ПМЭ МАИ 102
2.5 Измерительный аппаратно-программный комплекс для определения спектрально временных характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 105
2.5.1 Архитектура и принципы построения измерительного аппаратно-программного комплекса 106
2.5.2 Алгоритмы управления измерительными приборами и обменом данными 108
2.5.3. Методы измерения и калибровки измерительного комплекса 112
2.5.4 Математические методы и программные средства для обеспечения проведения, обработки и интерпретации результатов экспериментальных измерений характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 114
2.6. Методика измерения характеристик излучения ЭРД в радиодиапазоне 118
2.7 Выводы 121
Глава 3 Результаты экспериментальных исследований в наземных условиях характеристик излучения электрических ракетных двигателей в радиодиапазоне 123
3.1 Результаты экспериментальных измерений характеристик радиоизлучения ЭРД модели СПД-70 123
3.1.1 Спектральные характеристики радиоизлучения ЭРД модели СПД-70 123
3.1.2 Характеристики радиоизлучения ЭРД модели СПД-70 во временной области 126
3.2 Результаты экспериментальных измерений характеристик излучения ЭРД моделей СПД-100 131
3.2.1 Характеристики радиоизлучения ЭРД моделей СПД-100 в спектральной области 131
3.2.2 Характеристики радиоизлучения ЭРД моделей СПД-100 во временной области 138
3.3 Результаты экспериментальных измерений характеристик радиоизлучения ЭРД моделей СПД-140 151
3.3.1 Характеристики радиоизлучения ЭРД моделей СПД-140 в спектральной области 152
3.3.2 Характеристики радиоизлучения ЭРД моделей СПД-140 во временной области 156
3.4 Результаты экспериментальных измерений характеристик излучения ЭРД модели АИПД-50 в радиодиапазоне 158
3.5 Результаты экспериментальных измерений характеристик излучения ЭРД модели ВЧИД-10 161
3.6 Результаты экспериментального исследования характеристик излучения полого катода СПД 164
3.7 Результаты сравнения экспериментальных измерений в металлической и безэховой вакуумных камерах 167
3.8 Выводы 169
Глава 4 Характеристики и математические модели излучения стационарных плазменных двигателей в радиодиапазоне 171
4.1 Характеристики и математические модели радиоизлучения стационарных плазменных двигателей в частотной области 172
4.1.1 Характеристики собственных и внешних эквивалентных тепловых шумов на входе приемной системы 172
4.1.2 Характеристики эквивалентного аддитивного белого гауссового шума на входе приемной системы, обусловленного радиоизлучением СПД 179
4.1.3 Оценка влияния радиоизлучения СПД на шумовые характеристики систем космической связи 184
4.2 Характеристики и математические модели радиоизлучения стационарных плазменных двигателей во временной области 190
4.2.1 Статистические спектрально-временные характеристики и параметры радиоизлучения СПД 192
4.2.2 Математические модели и законы распределения амплитуд случайных импульсных помех 203
4.2.3 Законы распределения интервалов следования импульсов 213
4.2.4 Законы распределения длительностей импульсов 214
4.2.5 Сравнительный анализ математических моделей и результатов экспериментальных измерений 215
4.3 Обобщенная математическая модель радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 218
4.4 Выводы 220
Глава 5 Имитационное моделирование радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 223
5.1 Архитектура и алгоритмы реализации программно-алгоритмического комплекса для имитационного моделирования излучения стационарных плазменных двигателей в радиодиапазоне 223
5.1.1 Структура и принципы функционирования программного комплекса 223
5.1.2 Алгоритмы реализации программного комплекса 226
5.2. Верификация программного комплекса для имитационного моделирования радиоизлучения стационарных плазменных двигателей в радиодиапазоне 237
5.2.1 Планирование экспериментов с имитационной моделью радиоизлучения СПД 237
5.2.2 Проведение имитационного моделирования и анализ экспериментальных и модельных реализаций сигналов радиоизлучения СПД 239
5.2.3 Анализ экспериментальных и модельных статистических характеристик амплитуды и фазы комплексной огибающей радиоизлучения СПД 244
5.2.4 Анализ экспериментальных и модельных характеристик радиоизлучения СПД в спектральной области 247
5.2.5 Анализ экспериментальных и модельных статистических характеристик интервалов следования импульсов, их длительности и законов распределения пиковых значений импульсов радиоизлучения СПД 249
5.2.6 Анализ экспериментальных и модельных статистических характеристик теплового шумового радиоизлучения СПД 253
5.3 Выводы 254
Глава 6 Аналитические и имитационные модели радиосистем космической связи для оценки влияния радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 255
6.1 Аналитические модели и методы для оценки достоверности передачи информации в радиосистемах космической связи в условиях воздействия случайных импульсных помех 255
6.1.1 Оценка достоверности передачи информации в цифровых радиосистемах связи в условиях воздействия случайных импульсных помех: основные имеющиеся результаты 256
6.1.2 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи в условиях воздействия импульсных помех: обобщение аналитической модели Миддлтона 258
6.2 Принципы имитационного моделирования радиосистем космической связи в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 265
6.3 Имитационная модель информационного канала радиосистемы космической связи в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 268
6.4 Математические и имитационные модели каналов фазовой и символьной синхронизации в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 275
6.4.1 Математические модели следящих систем синхронизации 275
6.4.2 Математические модели систем фазовой синхронизации 280
6.4.3 Математические модели систем символьной синхронизации 282
6.4.4 Обобщенная имитационная модель радиосистемы космической связи с каналами фазовой и символьной синхронизации в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 285
6.4.5 Анализ характеристик статистических эквивалентов систем символьной синхронизации при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 289
6.5 Верификация имитационной модели космической радиосистемы передачи информации 291
6.6 Выводы 296
Глава 7 Анализ помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 298
7.1 Анализ влияния радиоизлучения стационарных плазменных двигателей на достоверность передачи информации с использованием имитационных моделей радиосистем космической связи 300
7.1.1 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией ФМн-2 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 301
7.1.2 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией ФМн-4 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 302
7.1.3 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией ФМн-8 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 303
7.1.4 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией ФМн-16 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 304
7.1.5 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией КАМ-16 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 305
7.1.6 Достоверность передачи информации в радиосистемах космической связи с модуляцией КАМ-64 в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 305
7.1.7 Анализ зависимости вероятности битовой ошибки от параметра и вида модуляции в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 306
7.2 Методика определения энергетического проигрыша радиосистем космической связи, функционирующих в условиях воздействия радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 310
7.2.1 Методика определения характеристик радиоизлучения стационарных плазменных двигателей, необходимых для оценки помехоустойчивости передачи информации 311
7.2.2 Математические модели для расчета энергетических характеристик радиоканала 313
7.2.3 Расчет отношения сигнал-шум с учетом шумовой компоненты излучения стационарных плазменных двигателей 320
7.2.4 Расчет отношения сигнал-импульсная помеха с учетом импульсной компоненты излучения стационарных плазменных двигателей 321
7.2.5 Многомерная аппроксимация результатов расчета вероятности битовой ошибки, полученных с использованием имитационного моделирования 324
7.3 Анализ энергетического проигрыша радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 324
7.4 Выводы 332
Глава 8 Методы квадратурной компенсации импульсных помех и рекомендации по повышению помехоустойчивости радиосистем космической связи при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 334
8.1 Анализ достоверности передачи информации в радиосистемах космической связи с квадратурным компенсатором импульсных помех в условиях совместного воздействия аддитивного белого гауссового шума и излучения стационарных плазменных двигателей 334
8.1.1 Алгоритм функционирования квадратурного компенсатора импульсных помех 335
8.1.2 Анализ эффективности квадратурного компенсатора импульсных помех 336
8.2 Методы и алгоритмы оценки текущего отношения сигнал-шум в радиосистемах космической связи 340
8.2.1 Исходные соотношения для оценки отношения сигнал-шум 341
8.2.2 Алгоритмы оценки отношения сигнал-шум на основе квадратурных компонент сигнала 344
8.2.3 Сравнительный анализ ошибок оценки отношения сигнал-шум 347
8.3 Оценка отношения сигнал-шум при воздействии импульсных помех стационарных плазменных двигателей 350
8.3.1 Алгоритмы оценки отношения сигнал-шум при воздействии импульсных помех от стационарных плазменных двигателей 351
8.3.2 Анализ точности оценки отношения сигнал-шум при воздействии импульсных помех от стационарных плазменных двигателей 352
8.4 Рекомендации по разработке и созданию радиосистем космической связи, функционирующих в условиях воздействия радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 354
8.5 Выводы 355
Заключение 357
Список сокращений и условных обозначений 359
Список литературы 364
Приложение А. Примеры расчета энергетического бюджета радиолинии «Земля-КА» при воздействии радиоизлучения стационарных плазменных двигателей 386
Приложение Б. Зависимость энергетического проигрыша от суммарного отношения сигнал-шум и отношения сигнал импульсная помеха 390
Приложение В. Характеристики точности оценки отношения сигнал-шум в присутствии аддитивных случайных импульсных помех 399
