Общие методические указания к выполнению контрольных, лабораторных и практических работ

 

Методические указания по выполнению контрольных работ изложены в последующем разделе в виде краткого общего обзора документов, которые регламентируют морскую радиосвязь и морские телекоммуникационные системы, технической и учебной литературы, а также официальных электронных ресурсов, посвященных тематике изучаемой дисциплины.

В этом обзоре указываются только отправные точки для самостоятельного поиска необходимых сведений по вопросам контрольных заданий.

В процессе этого поиска могут возникать проблемы, связанные с непрерывным развитием как судовых, так и береговых информационных технологий.

В частности, следует критически относиться к учебным, регламентирующим или информационным материалам, опубликованным, по крайней мере, ранее 2009 года и потому отражающим уже устаревшие или устаревающие судовые средства связи и телекоммуникации и связанные с ними процедуры радиосвязи.

Это касается, прежде всего, обновления требований к судовому оборудованию ЦИВ, прекращения эксплуатации в ГМССБ части судовых средств системы ИНМАРСАТ, а также совершенствования некоторых видов радиооборудования судовых спасательных средств.

Более совершенное судовое радиооборудование и новые технологии радиосвязи в ГМССБ лишены тех недостатков, которые были выявлены на начальных этапах ее эксплуатации.

Поэтому при описании в контрольных работах судового оборудования и процедур его использования следует ориентироваться на оборудование зарубежных или отечественных производителей, которое в настоящее время появилось на рынке.

Оформление и порядок изложения материала в контрольных работах должны строго соответствовать требованиям, изложенным в приложениях 1-4.

Для успешной отработки умений и навыков в рамках коротких циклов лабораторных или практических занятий, предусмотренных рабочей программой дисциплины, следует предварительно готовиться к их выполнению.

Такая подготовка подразумевает ознакомление с тематикой этих занятий и ответов на контрольные вопросы по их тематике, а также предварительное изучение соответствующего оборудования из состава оборудования компьютерного тренажера, используемого при обучении, сведения о которых приведены в приложении 5.

В случае отсутствия необходимой готовности к выполнению лабораторного занятия, вместо части предусмотренных рабочей программой лекционных занятий могут проводиться групповые или индивидуальные практические занятия на тренажере по тематике предстоящего лабораторного занятия.

 

ОБЗОР ТЕРМИНОВ, ДОКУМЕНТОВ, ЛИТЕРАТУРЫ

И ЭЛЕКТРОННЫХ РЕСУРСОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

Морская радиосвязь является областью международного регулирования, которое позволяет преодолевать технические, организационные и языковые барьеры для осуществления эффективной радиосвязи при совершении судами международных рейсов.

Международное регулирование, в частности, касается вопросов организации радиосвязи судов при чрезвычайных обстоятельствах в море, угрожающих человеческой жизни или безопасности мореплавания.

Первоисточниками сведений о современном состоянии морской радиосвязи и телекоммуникаций являются действующие документы соответствующих органов Международной Морской Организации (ИМО) [1, 53,54] и Международного Союза Электросвязи (МСЭ) [3,4].

В рамках требований или рекомендаций этих международных документов национальные Морские Администрации разрабатывают и вводят в действие свои национальные руководящие документы с учетом специфики своего флота, национальной структуры управления и своих национальных морских традиций, например, [34].

Поэтому, самостоятельное изучение материала дисциплины должно быть сконцентрировано на изучении соответствующих документов по первоисточникам и, в меньшей мере, по пособиям, интерпретирующим содержание этих документов.

Первоисточники документов не всегда имеют официальный перевод на русский язык.

Помимо рекомендуемых пособий, изданных в России [44-49], могут использоваться и иностранные пособия, одно из которых приведено в списке рекомендуемой литературы [55].

При этом следует учитывать, что все рекомендуемые пособия не вполне соответствуют программе дисциплины, поскольку они предназначены только для подготовки операторов ГМССБ и не охватывают все многообразие судовых средств радиосвязи и телекоммуникации.

Для систематизации обзора содержания документов, литературы и электронных ресурсов, рекомендуемых по дисциплине «Радиосвязь и телекоммуникации», они разделены на четыре раздела, облегчающих ориентирование при изучении вопросов рабочей программы этой дисциплины и при выполнении ее контрольных работ.

Материал обзора изложен в порядок детализации необходимых знаний от общих понятий до процедур использования конкретного радиооборудования.

Ссылки на документы, учебные пособия и электронные ресурсы, приведенные в обзоре, чаще всего, следует рассматривать только в качестве отправных точек поиска необходимой информации.

3.1. Основные термины, понятия и определения радиосвязи

Термины «телекоммуникация», «радиосвязь», «радиоволны», «линия радиосвязи», «канал радиосвязи» весьма распространены в научно-технической лексике [50, 51,52].

Радиосвязь [50,51] относится к электронным видам телекоммуникации, наряду с которыми на флоте используются и другие способы передачи информации на расстояниях, исключающих непосредственный естественный контакт ее источника и получателя. В частности, такими иными способами являются, например, визуальная (световая и флажная) и звуковая (сигнальная и речевая) телекоммуникации.

Значения терминов радиосвязи определены как международными документами, в частности Регламентом Радиосвязи [3,4], так и российскими национальными стандартами терминологии [42,43].

Физические свойства радиоволн, согласно исследованиям Герца, ничем не отличаются от свойств волн любого вида [50,51]. Радиоволны способны, при определенных условиях, отражаться, преломляться, ослабляться, испытывать рефракцию, дифракцию и интерференцию.

При одинаковых свойствах окружающей среды эти свойства радиоволны зависят от ее длины (от частоты ее электромагнитного излучения) [52].

Передача средствами радиосвязи информации [52], заключенной в сообщениях [43,50,52] разного вида, осуществляется по специализированным радиочастотным каналам [50,43], соответствующим этим видам сообщений или по универсальным радиоканалам.

Технические средства радиоканала (оборудование радиосвязи), представляют собой радиопередатчик на одном конце и радиоприемник на другом конце радиоканала [50].

Радиопередатчик включает в себя, как минимум, следующие составные части: генератор электрических колебаний высокой (несущей) частоты и модулятор какого-либо параметра этой несущей в соответствие с передаваемым сообщением, которое предварительно преобразовано в электрический (низкочастотный) вид [50,55].

Такое преобразование может осуществляться микрофоном, клавиатурой, видеокамерой или другим оборудованием, в зависимости от вида передаваемого сообщения. Это оборудование называют исходным оконечным оборудованием канала радиосвязи.

Приемник должен включать в себя оборудование, выполняющие противоположные функции: фильтр, настроенный на радиочастоты, подлежащие приему, и демодулятор параметра несущей для выявления передаваемого сообщения в том же электрическом виде, который использовался при модуляции несущей [50,55]. Оконечное (воспроизводящее) оборудование получает сообщение в электрическом виде с демодулятора.

Воспроизводящим оборудованием, в зависимости от вида канала радиосвязи, может быть, например, громкоговоритель, принтер, телевизионный монитор или компьютер.

Оборудование двусторонней радиосвязи, включающее в себя как передатчик, так и приемник, называют радиостанцией [50]. Этим же термином называют также и некоторые объекты радиосвязи [50], например, станции радиовещания [42,43].

Радиопередатчик и радиоприемник связывает между собой линия радиосвязи, включающая в себя антенны (передающую и принимающую), их фидерные устройства и среду распространения электромагнитного излучения [43,50].

Радиосвязь может осуществляться по одноканальным или по многоканальным (уплотненным) линиям радиосвязи [52].

Специализированные радиоканалы, радиолинии и их сети классифицируются соответственно виду передаваемых по ним сообщений [3,4,42,51], например, телефонные или радиотелеграфные каналы и сети радиосвязи.

Линии радиосвязи классифицируются или соответственно частотному диапазону, который используется для радиосвязи (например, коротковолновые линии радиосвязи или коротковолновая радиосвязь) [42,43,44], или соответственно механизму распространения радиоволн (например, спутниковые линии радиосвязи, ионосферная радиосвязь) [42,46].

Технические средства, образующие радиолинию соответствующей радиосвязи имеют сходную терминологию (например, коротковолновая антенна или радиостанция, спутниковый радиобуй) [44,46].

В качестве дополнительной характеристики радиостанции как объекта радиосвязи часто используются термины, указывающие на ее назначение или место ее размещения, например, лоцманская, судовая, береговая или земная (последний термин характерен для спутниковых средств радиосвязи) [3,4,42,46].

Излучающая антенна формирует в среде распространения лучи электромагнитного излучения в направлении приемной антенны [42,52].

Эффективность формирования такого радиолуча и эффективность его приема (коэффициент направленного действия) во многом зависят от физических размеров передающей и приемной антенн [51].

Остронаправленные лучи, чаще всего, формируются и принимаются судовыми антеннами зеркального типа, у которых диаметр отражающего зеркала значительно превышает длину радиоволны [51,52].

Подобные радиолучи могут быть сформированы и фазированными антенными решетками (совокупностью фазированных антенн, излучение которых взаимодействует друг с другом в среде его распространения) или волноводными щелями [51, 52].

Судовые антенны штыревого или проволочного типа не имеют направленности в горизонтальной плоскости, что важно в условиях неопределенности места нахождения радиопередатчика или радиоприемника [44,46,52].

Возможные пути распространения лучей электромагнитного излучения определяются как упомянутыми физическими свойствами радиоволны, так и свойствами среды ее распространения.

Такие пути могут не выходить за пределы ионосферы Земли (земные радиолучи или земная радиосвязь) или возвращаться на Землю после их переизлучения (ретрансляции) естественными или искусственными космическими объектами (космическая или спутниковая радиосвязь) [3,4,42].

Если для электромагнитного излучения используемой радиочастоты путь распространения от радиопередатчика к радиоприемнику возможен, качество передачи сообщения определяется энергетическими характеристиками этого оборудования и энергетическими характеристиками линии радиосвязи [3,4,50].

К числу важнейших энергетических характеристик радиопередатчика относятся [50]:

- мощность, передаваемая в линию радиосвязи;

- полоса излучаемых частот, которая зависит от вида используемой модуляции и от вида передаваемого сообщения.

Важнейшими энергетическими характеристиками радиоприемника являются [50]:

- чувствительность приемника к радиосигналам, приходящим из линии радиосвязи;

- полоса принимаемых частот и вид принимаемого сообщения, которые должны быть аналогичными соответствующим параметрам радиопередатчика.

Перечисленные параметры, как радиопередатчика, так и радиоприемника регламентируются международными стандартами или рекомендациями [3,4,53,54].

Целью этих стандартов и рекомендаций является возможность создания необходимых радиоканалов вне зависимости от производителя того или иного оборудования, а также - предотвращение взаимных помех при одновременной работе радиоканалов любых линий радиосвязи [3,4].

В частности, международным порядком регламентируются максимальные мощности радиопередатчиков, полосы частот, занимаемые каналами морской радиосвязи при различных видах модуляции несущей частоты и для передачи различных сообщений (при различных классах излучения) [3,4].

Энергетическим параметрами радиолинии являются коэффициенты направленного действия передающей и приемной антенн [50,51] в направлении друг на друга, а также потери мощности радиоизлучения на пути своего распространения [51].

Эти параметры не регламентируются, но учитываются при регламентации вышеперечисленных энергетических параметров радиопередатчиков и радиоприемников [3,4,53,54].

 

3 .2. Базовые принципы морской радиосвязи

Международная классификация радиоволн и соответствующих им частот установлена международным Регламентом Радиосвязи [3,4,55].

Российская классификация радиоволн и частот, которые используются в морской радиосвязи, не только, частично, не соответствует международной терминологии, но и устанавливает свои границы некоторых частотных диапазонов, отличные от международных границ [44,45,46].

Это, в полной мере, касается, например, диапазона, так называемых, промежуточных волн (ПВ) [51], которые особо не обозначены в международной терминологии.

Регламентом Радиосвязи [3,4] установлены (на исключительной основе) те участки диапазонов радиоволн (радиочастот), которые могут использоваться для морской радиосвязи.

Часть этих участков радиочастот, благодаря механизму своего распространения предназначена для земной радиосвязи судов, а другая часть – для их спутниковой радиосвязи [3,4].

Рассматривая вопросы распространения земных радиоволн разных диапазонов частот [44,46,55], следует особое внимание обратить на характерные для этих диапазонов физические факторы среды распространения, которые ограничивают дальность действия соответствующих радиолиний.

В зависимости от используемой радиочастоты, это может быть: кривизна Земли, состояние ее тропосферы или ионосферы [51,55].

Причем, состояния тропосферы и ионосферы Земли практически непредсказуемы.

Для спутниковых линий радиосвязи фактором физического ограничения дальности морской радиосвязи является, так называемая, «освещаемая спутником» поверхность Земли, которая изменяется в зависимости от высоты орбиты спутника [51].

Геостационарные спутники (например, системы ИНМАРСАТ [56]), которые находятся на высоких орбитах и в неподвижных точках над экватором Земли, «не освещают» только приполярные области Земли из-за кривизны ее поверхности [44,46,50,55].

А система из низколетящих спутников, которые перемещаются относительно земных радиостанций (например, в системе Iridium или ГОНЕЦ), способна обеспечить радиосвязь между любыми точками земной поверхности, если ее спутники способны передавать работающий радиоканал друг другу, подобно земным сотовым системам мобильной телефонной радиосвязи [51].

Глобальная спутниковая радиосвязь возможна и при запоминании сообщения на борту низколетящего спутника, который передает его земному объекту радиосвязи при своем нахождении в позиции, благоприятной для радиосвязи с этим объектом. Такой перенос сообщений осуществляется, например, в спутниковой системе Коспас-Сарсат [57]

Стандартизации энергетических параметров судового и берегового оборудования земной УКВ, ПВ и КВ радиосвязи, позволяет оценивать практический диапазон дальностей такой радиосвязи в обычных (не аномальных) условиях распространения соответствующих радиоволн [44,46,55].

Находясь в разных обстоятельствах в море, суда могут нуждаться в радиосвязи на различных дистанциях как друг от друга, так и от береговых радио объектов [9,10,34,35].

Поэтому суда в море используют ультракоротковолновые (УКВ) средства в качестве средств земной радиосвязи с ближайшими судовыми или береговыми радиостанциями, средства ПВ для радиосвязи с ними на средних дистанциях, а коротковолновые (КВ) средства или спутниковые средства - для дальней радиосвязи [44,46,55].

УКВ и ПВ радиосвязь судов в море обеспечивают им, прежде всего, возможность взаимной помощи или возможность помощи силами берегового базирования при чрезвычайных обстоятельствах [9,10,20].

Дальняя радиосвязь между судами не столь актуальна, поэтому она, преимущественно, используется судами для связи с береговыми службами [12.2].

При этом, только КВ судовые радиосредства, по принципу своего распространения, способны обеспечить непосредственную глобальную, хотя и не всегда надежную, радиосвязь [44,46,55].

Надежную дальнюю радиосвязь, в определенных спутниками границах, обеспечивают только системы спутниковой радиосвязи [51].

Радиоканалы для передачи сообщений по линиям радиосвязи могут организоваться с использованием одной несущей частоты или с использованием двух несущих частот.

В первом случае радиоканалы называют симплексными, а во втором случае – дуплексными [42,51].

По симплексному радиоканалу возможно только одностороннее оповещение радиостанций или их двусторонний поочередный радиообмен [9, 42,46,51,55].

Дуплексный радиоканал, в зависимости от возможностей радиопередатчика и радиоприемника, может использоваться как для одновременной передачи сообщений радиостанциями друг другу (полный дуплекс), так и для их поочередной передачи (полудуплекс) [42,51,55].

Основными видами специализированных морских радиоканалов являются радиотелефонные (РТЛФ), радиотелеграфные (УБПЧ), факсимильные, телевизионные каналы и каналы передачи данных (ПД) [3,4].

Для общения людей в радиоканалах формируются и воспроизводятся сообщения в форме речи, текста, графики или видео изображения, а для целей телеуправления, мониторинга (опроса датчиков), редактирования или пополнения базы компьютерных данных в каналах их передачи формируются и воспроизводятся только цифровые коды [42,43,52].

Радиотелефония обеспечивает высокую оперативность телекоммуникации людей, а радиотелеграфия облегчает документирование сеансов радиосвязи и дает возможность принимать радиооповещения без непосредственного участия в этом человека [43,52].

Более информативны и приспособлены к разным формам документирования факсимильные и телевизионные изображения [52].

Радиотелефонные каналы являются универсальными, поэтому они могут использоваться и для низкоскоростной передачи факсимильных изображений (например, для передачи синоптических карт в КВ диапазоне радиоволн) или для передачи цифровых данных в системах телекоммуникации (например, на УКВ в системе AИС).

Для высокоскоростной передачи данных или телевидения необходимы широкополосные специализированные (как, например, в системах спутникового телевидения [51]) или временное объединение частотных ресурсов смежных РТЛФ каналов (как, например, для некоторых стандартов судовых радиостанций в спутниковой системе Инмарсат [15]).

Качество радиотелефонной связи принято оценивать артикуляционной разборчивостью принимаемой речи [51,52], а качество радиотелеграфной связи или радио передачи цифровых данных – процентом ошибочно принятых элементов (бит) цифровых кодов (битовой ошибкой) [51].

Качество факсимильной и телевизионной связи оценивается разрешающей способностью полученного изображения [51].

В любом из этих случаев качество передачи зависит от отношения энергии полезного сигнала к энергии шумов и помех, приходящихся на единицу частотного спектра этого сигнала (от отношения сигнал/шум [51]).

Это отношение зависит от энергетических характеристик канала радиосвязи и энергетического уровня шумов и помех в точке приема, которые являются электромагнитными помехами [51].

Такие естественные помехи в точке радиоприема создаются такими источниками как шумы передающего и приемного оборудования, шумы радиолинии атмосферного или космического происхождения [51].

Помехи искусственного происхождение могут быть как непреднамеренного характера (индустриальные помехи, мешающие излучения при формировании соседних по частоте радиолиний и т.п.), так злонамеренного характера (радиопротиводействие) [51].

Для обеспечения высокого качества радиотелефонной связи при аналоговой модуляции несущей частоты используются энергетически лучшие методы модуляции (частотная модуляция на УКВ, однополосная модуляция на ПВ или КВ), но лучшее качество такой связи обеспечивают спутниковые радиоканалы, в которых применяется цифровое кодирование исходного речевого сигнала [42,51].

Улучшают разборчивость речи, передаваемой в радиоканале, и использование в коммуникационном процессе [51] процедур без обратной связи (повторов особо важных частей сообщения) или процедур с обратной связью (переспросов непонятой части сообщения).

Высокое качество радиотелеграфной связи или радио передачи цифровых данных достигается путем особого (помехоустойчивого) кодирования элементов сообщений или данных в коммуникационном процессе [51].

Такое кодирование позволяет использовать автоматические процедуры радиосвязи, аналогичные тем, которые применяются в радиотелефонии (FEC- прямое исправление ошибок при повторе кода или ARQ - исправление ошибок путем переспросов при обнаружении ошибки коде) [51].

Расплатой за улучшение качества радиосвязи путем использования любых из указанных особых процедур является замедление темпа обмена сообщениями.

Этот темп может устанавливаться техническим путем (автоматические повторения или переспросы при передаче сообщений помехоустойчивыми цифровыми кодами, как это реализовано в системах ЦИВ и УБПЧ [3,4,44,46,55]), предписываться обязательными форматами радиотелефонных сообщений [3,4,44,46,55] или, по обстоятельствам, определяться волею общающихся по радиоканалу людей.

При международной радиосвязи методы модуляции, методы кодирования и процедуры ее ведения должны отвечать стандартам, которые установлены международными соглашениями [3,4,5,53].