РАИСПЭМ Ижевск Отчет об испытаниях Скайлинк ( SkyLink) на 150 км ,459,55 МГц, мощность 10 мВт

Отчет по результатам испытаний систем сбора и передачи данных SkyLINK

ОТЧЕТ

по определению зоны возможного радио покрытия подсистемой сбора и

передачи данных SkyLINK для обеспечения выполнения задач в

составе автоматизированной системы экологического мониторинга

состояния окружающей среды Республики Удмуртия

2009

ОАО «Союзатомприбор» 127083, Россия, г. Москва, ул. Талалихина 1 ,кор.1 Тел. +7 499 703 0480 www.sapmonitoring.ru

2

http://www.sapmonitoring.ru/


1 ВВЕДЕНИЕ

Подсистема сбора и передачи данных SkyLINK - это базовая, каналообразующая

часть автоматизированной системы экологического мониторинга состояния окружающей

среды Республики Удмуртия (АСЭМ СОС), обеспечивающая интеграцию в состав

системы различных (химических, радиационных, метеорологических, пожарных,

гидрологических и др.) первичных средств измерения и контроля для определения

антропогенного воздействия на окружающую среду (ОС), анализа текущего состояния и

динамики изменения состояния ОС. В соответствии с Постановлением Правительства

Удмуртской Республики от 1 сентября 2003 г. N 229 на территории региона должен быть

организован комплексный государственный мониторинг окружающей среды и

прогнозирование чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Одной

из основных задач при организации комплексного государственного мониторинга в

республике является мониторинг удаленных потенциально опасных объектов региона,

анализ и прогнозирования динамики развития ситуации с целью предупреждения

возможности возникновения различных аварийных событий. Поэтому одной из основных

целей настоящего обследования является определении возможной зоны радио покрытия

подсистемой сбора и передачи данных SkyLINK, определение принципиальной

возможности мониторинга удаленных потенциально опасных предприятий и объектов,

определение необходимого перечня проектных решений для увеличения зоны радио

покрытия.

В 2007-2009гг ОАО «Союзатомприбор» проводит работы по разработке,

изготовлению, поставке и вводу в эксплуатацию различных по назначению систем на

базе оборудования систем сбора и передачи данных SkyLINK, а именно:

1. Договор № 10-04/2007 от 10.04.2007г по теме «Разработка Технического задания

на создание автоматизированной измерительной системы экологического мониторинга

ОАО ЧМЗ»;

2. Договор № САП-08/2007 от 27 августа 2007г по разработке Технического проекта

«Автоматизированная измерительная система производственно-экологического

мониторинга ОАО ЧМЗ»;

3. Договор № САП-12/2008 от 3.03.2008г на выполнение работ по созданию пускового

комплекса I-ой очереди «Автоматизированной измерительной системы производственно-

экологического мониторинга ОАО ЧМЗ»


3



4. Договор № САП 06/2008 от 02.06.2008г по теме «Разработка Технического задания на

создание Автоматизированной информационно- измерительной системы

производственно-экологического мониторинга ФГУП Комбинат «Электрохимприбор»

5. Договор № 1 от 21.01.2008г на оказание услуги по разработке Технического задания

«Региональная система экологического мониторинга и автоматизированного контроля

состояния окружающей среды для прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного

и техногенного характера Удмуртской Республики».

ОАО «Союзатомприбор» (Россия, Москва) входит в международную

корпоративную структуру «Атомные приборы и системы», которая с 1991 года работает

на рынке разработки поставки и внедрения автоматизированных систем радиационного и

химического контроля в регионах и на объектах России и Европы.

1.1 Объект испытаний

Испытания проводились по программе и методике «Программа и методика

обследования территории радио покрытия подсистемой сбора и передачи данных

SkyLINK региональной АСЭМ СОС Республики Удмуртия».

При проведении испытаний использовалось штатное оборудование из состава

региональной автоматизированной системы экологического мониторинга состояния

окружающей среды. Приемная часть оборудования системы установлена в

республиканском теле радиоцентре – поселок Вараксино (район г. Ижевска).

Антенно-фидерная система (АФС) смонтирована на телебашне на высоте 147

метров. Приемное оборудование SkyLINK, АРМ и сервер баз данных расположены в

здании телецентра.

В состав приёмной части подсистемы SkyLINK, входит оборудование:

-Секторная антенна;


4



Рисунок 1. – Секторная приемная антенна Рисунок 2. Высокочастотный

преобразователь

-Герметичный блок удаленного высокочастотного преобразователя (UHF Downconverter / Top

Unit). Рис.2;


5



Основные характеристики секторной антенны

-Приемник SkyLINK (SkyLINK-Receiver) – состоящий из блока приемного модуля (блок

УКВ), компьютера со сдвоенным цифровым сигнальным процессором для обработки


6



аналогового сигнала и источника бесперебойного питания, смонтированных в 19” монтажном

каркасе (Рис.3-4);

Рисунок 3.Общий вид приемника SkyLINK (SkyLINK-Receiver)

Рисунок 4.Вид приемника SkyLINK (SkyLINK-Receiver) со стороны

коммутационной панели

В состав оборудования сбора и хранения данных, входять: Сервер БД;

Концентратор Ethernet (4 порта);

TFT дисплей 17”;

Клавиатура, мышь;

Источник бесперебойного питания;

Устройство оптико–акустической сигнализации.

Оборудование смонтировано на 19” монтажном каркасе (рис.5).


7



Рисунок 5. Стойка приемника и сбора и хранения данных.

Основные технические характеристики УКВ приемника SkyLINK

Таблица 1

SkyLink приемникТехнические возможности Стандарт Настраиваемые

Высокочастотный преобразователь (UHF Downconverter)

HiQ устройство предварительного отбора и усиление маломощных сигналов,(антенный усилитель) преобразователь частоты в 21,4 мГц

Рабочая температураВерхний узел - -20… +50 ˚СВнутренний узел – 0… +50˚С

-40…+60˚С

Принцип работы приемникаТройное преобразование DSP гестерезис

Основные рабочие частоты приемника (согл. лицензии)

459.55 МГцВсе частоты от 400 до 500 МГц

Предусилитель (LNA) GaAs-FET, NF=1.0 дБ

Предварительный выбор(частота +/- 3дБ)

Резонатор спада (6 МГц)Керамический фильтр (2,5 МГц)Воздушный фильтр (5МГц)

Отображаемое отклонение >100 дБИзбирательность >120 дБ для смешанных


8



сигналов с отклонением больше, чем на 200 кГц

Первый локальный осциллятор

ОСХО 50 МГц с тремя двухтактными удвоителями частоты - +23 dBm

Смещение частоты (годичное)

< 0,5 ppm год

Первая средняя частота 21,4 МГцПередача сигнала от высокочастотного преобразователя (UHF Downconverter) к блоку приемника

Частота: 24,1 МГцУровень сигнала: -120…+20 dBmМаксимальные потери в кабеле: < 10 дБ

Выделенная первая средняя частота

Кристаллический фильтр +/- 8 кГц (-3 дБ)+/- 40 кГц (-90дБ)

Автоматический контроль поступающих данных

Аналоговый AGC более 120 дБОбеспечение RSSI сигнала

Выделенная вторая средняя частота

Двуполярная пропускающая LC полоса

Осуществление выборки сигналов 2 ZF

12-битный ADC, норма – 154 kS/sec

Цифровая обработка сигнала

а) Триггерная схема (FFT плюс экстракция субносителя с помощью методов автокорреляции)б) Автоматический контроль частот AFC +/- 5 кГцв) Окончательное выделение (FIR-фильтр 1,5 кГц)г) субноситель-ориентированный фазовый детектор

Раскодирование«мягкое решение» (MLSE) плюс ARQ тип 2 с RS кодом

Минимальный пригодный уровень сигнала дляBER <10‾ ¹º

-145 dBm, 12nV на 15 OhmSNR= - 3дБ на 1,2 kBd данных или -15 дБ на 15 кГц эффективно широты полосы приемника

Максимальный уровень поступающего сигнала на входной разъем антенны

Уровень блокировки >-18 dBm (26 mV на 50 Ohm)Разрушающий уровень >+30 dBm (непрерывное питание на любой частоте)

Третья точка перехвата0 dBm на входной разъем антенны


9



Безошибочный варьирующий уровень сигнала

>85 дБ SFDR (-145 -60 dBm)

В качестве УКВ передатчика использовался датчик для измерения мощности

эквивалентной дозы - GammaTRACER с внутренним УКВ передатчиком.

Рис. 6. Gamma TRACER с внутренним УКВ передатчиком.

Основные технические характеристики УКВ передатчикака

Таблица 2

Skylink ПередатчикТехнические возможности: Стандарт: Настраиваемые:Питание 2 литиевых аккумулятора (4,8-8,0

В), 30 мA, Потребление энергии(3 передачи в час)

< 0,5 А/ч в год

Стандартные частоты(согласно лицензии)

459.55 МГц Все частоты от 400 до 500МГц

Основная опорная частота TCVCXO 70…80 МГцПреобразователь частоты Каскадный двухтактный

утроитель частотыЗависимость устойчивости частоты от температуры

Базовая: +/- 2 ppmМаксимальная: +/-3 ppm

Базовая: +/- 3 ppmМакс.: +/- 5 ppm

Смещение частоты (годичное)

< 0,5 ppm в год < 1,0 ppm в год

Мощность передатчика (EIRP)

+10 dBm (10mW) EIRP 0 dBm (1 mW)+17 dBm (50 mW)

Стабильность ТХ- мощности

Лучше чем +/- 0,5 dB при стандартных значениях температуры

Лучше чем +/- 1 dB

Ложные излучения от более чем 10 кГц до 10 ГГц

< -70 dBc согласно ETS 300 113 < -70 dBc

Содержимое модуля Кодированные данные в


10



цифровом форматеСкорость передачи данных по сети

150 Bd(норма передачи для данных)

Кодировка каналаисходящий код = convolution codeвходящий код = Reed-Solomon code

Скорость передачи данных на модулятор

1200 Bd(эффективно после разложения кода)

Узкополосное фильтрование

«увеличенный косинус» - профилированный при помощи таблиц ROM и DAC завершается резким сужением канала

Тип модулирования «мягкая» двухфазная модуляция: 2-CPM π/2(постоянный корпус BPSK)

Модулируемое отклонение пика (носителя)

+/- 1,8 кГц Максимально – 2,5 кГц

Мощность прилегающих каналов(Различие между каналами - 12,5 кГц)

< -60 dBc согласно ETS 300 113

Работа передатчика Короткие очереди сигналов с максимальнойдлительностью 3 сек.

Рабочий цикл передатчика Нормальная – одна очередь сигналов в 20 минутный промежуток времениТревога – одна очередь 3 минутный промежуток времени

Координация отрезков времени

ALOHA встроенный в передатчик, контролируемый в пределах отрезка времени при помощи псевдо- случайного генератора.

Антенна Действующая во всех направлениях Лямбда/4 симметричная

Направленные антенны

ESD сопротивление Проведен тест согласно IEC 801-2, уровень IV, путем подачи высоковольтных разрядов непосредственно на ТХ антеннуРезультаты теста:- полная работоспособность- без повреждений

1.2 Цель обследования

Обследование проводилось с целью:

определения максимально возможной зоны радиопокрытия при

минимальных мощностях передатчиков Skylink с целью обеспечения

приема информации от потенциально опасных объектов Республики

Удмуртия;


11



определения принципиальной возможности функционирования приемного

оборудования Skylink размещенного на объектах Ижевского телецентра в

условиях мощных радиоэлектронных помех;

определения технических характеристик радиооборудования Skylink для

обеспечения радиоканала передачи данных от удаленных потенциально

опасных объектов республики.

1.3 Порядок проведения испытаний

Испытания проводились в три этапа. Первый этап, расчет зоны радио покрытия с

помощью специального программного обеспечения. Второй этап – подтверждение

расчетных данных экспериментальными методами и определение соответствия между

расчетными и экспериментальными методами. Третий этап – определение технических

характеристик оборудования Skylink для обеспечения соответствующей зоны радио

покрытия для обеспечения приема информации от удаленных потенциально опасных

предприятий республики. Принятие решений по коррекции рабочей проектной

документации на АСЭМ СОС.

1.4 Сроки проведения испытаний

Испытания проводились 23 - 24 апреля 2009 года

1.5 Место испытаний

Республика Удмуртия

1.6 Первый этап

Расчет зоны радио покрытия для штатной конфигурации АСЭМ СОС (мощность

передатчика 10 мВт; проектная высота установки секторной антенны – 140 метров, тип

приемопередающего оборудования указан выше) выполнен с помощью программного

обеспечения Radio Mobile 9.7.9 с учетом реального рельефа обследуемой местности.

Результаты расчетов по направлениям на г. Сарапул, г. Глазов и г. Можгу приведены на

рис. 7-10.


12



ОАО «Союзатомприбор» 127083, Россия, г. Москва, ул. Талалихина 1 ,кор.1 Тел. +7 499 703 0480 www.sapmonitoring.ru 13



Рис.7

Рис.8




Рис.9ОАО «Союзатомприбор» 127083, Россия, г. Москва, ул. Талалихина 1 ,кор.1 Тел. +7 499 703 0480 www.sapmonitoring.ru 15



Рис.10




Из расчетов следует, что приемо - передающее оборудование Skylink при заданных

технических характеристиках, должно обеспечить надежный прием передачу информации в

зоне около 75 км по радиусу от здания телецентра, а по некоторым направлениям даже

больше.

1.7 Второй этап

Точки для размещения на местности УКВ передатчика SkyLINK с целью определения

качества приема и последующего сравнения с расчетными данными для оценки точности

примененных расчетных моделей при определении зоны радио покрытия приемопередающей

системой Skylink, приведены на рис. 11- 20.

Рис.11 Точки контроля прохождения радиосигналов на местности в направлении г. Глазов


17


Отчет по результатам испытаний систем сбора и передачи данных SkyLINK и ShortLINK

Рис.12. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –поселок Каршур расстояние 30 км от телецентра ВараксиноСправа Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink

ОАО «Союзатомприбор» 127083, Россия, г. Москва, ул. Верхняя Масловка д.10, стр. 4 Тел. +7 499 5025151 18


Рис.13. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –поселок Якшур расстояние 38 км от телецентра ВараксиноСправа Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink



Рис.14. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –поселок Якшур расстояние 38 км от телецентра ВараксиноСправа - соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink



Рис.15. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –поселок Игра расстояние 75 км от телецентра ВараксиноСправа Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink



Рис.16 Общий результат прохождения радио сигналов по направлению г. Глазов. График отображает подтвержденные контрольной суммой телеграммы данных принятые приемником SkyLINK с учетом соотношения сигнал/шум на входе в момент приема. Передатчик расположен

на местности в точках и на расстоянии, указанных на графике.



Рис 17. Поверка зоны радио покрытия в точках по направлению Сарапул и Можга



Рис.18. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –д.Пальники расстояние 41 км от телецентра ВараксиноСправа Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink



Рис.19.Расположение на местности передатчика SkyLink –г. Сарапул расстояние 63 км от телецентра Вараксино



Рис.20. Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink. Передатчик в г.Сарапул



Рис.21. Расположение на местности передатчика SkyLink –выезд из г. Сарапул расстояние 65 км от телецентра Вараксино



Рис.23. Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink для точки контроля " выезд из г. Сарапул"



Рис.24. Слева – расположение на местности передатчика SkyLink –д.Малая Пурга расстояние 36 км от телецентра ВараксиноСправа Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink для данной точки



Рис.25.Расположение на местности передатчика SkyLink –д.Аркашур расстояние 50 км от телецентра Вараксино



Рис.26. Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink для данной точки



Рис.27. Расположение на местности передатчика SkyLink –с.Пычас расстояние 61 км от телецентра Вараксино



Рис.28. Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink для точки контроля "станции Пычас"



Рис.29. Расположение на местности передатчика SkyLink –с. Пычас расстояние 59 км от телецентра Вараксино



Рис.30. Соотношение сигнал/шум на входе приемника SkyLink



Рис. 31


Отчет по результатам испытаний систем сбора и передачи данных SkyLINK и ShortLINK На рис.31 показан обобщающий результат по определению зоны радио покрытия.

График отображает синхронизированные во времени 2-х минутные периоды принятия

телеграмм от передатчиков расположенных в точках контроля. Принимаемые пакеты

данных сопровождаются контрольными суммами, что исключает ошибки. Расчетные и

экспериментальные данные совпадают. Полученные результаты подтверждают

технические характеристики приемника. Устойчивый прием телеграмм обеспечивался

приемником SkyLINK на расстоянии 75 км от телецентра (поселок Игра, рис.15) при

соотношении сигнал/шум на входе "минус" 3dbi, и мощности передатчика 10 мВт., что

соответствует заявленным техническим характеристикам на приемопередающее

оборудование SkyLINK.

Однако, в соответствии с полученными результатами, не все потенциально опасные

объекты будут находится в зоне радио покрытия, при существующих проектных

решениях для АСЭМ СОС (высота установки приемной антенны на телевышке в

Вараксино – 147 метров).

1.8 Третий этап

Учитывая совпадение результатов по определению зоны радио покрытия

полученных расчетными и экспериментальными методами на третьем этапе с помощью

расчетных моделей определяются проектные характеристики подсистемы SkyLINK.

Результаты расчетов приведены на рис. 32-34.



Рис.32. Приемная антенна установлена на телевышке в Вараксино на высоте 300 метров мощность передатчика 10мВт. Передающие антенны на высотных зданиях высотой не менее 50 м.








Отчет по результатам испытаний систем сбора и передачи данных SkyLINK и ShortLINK 2 Выводы

В ходе обследования определена устойчивая зона радио покрытия (радио приема) для

оборудования SkyLINK (рис. 35) в соответствии со следующими проектными

характеристиками: высота установки антенны – 147 метров; мощность передатчика

–10 мВт; технические характеристики приемной антенны приведены на стр.6;

технические характеристики приемника – табл.1; технические характеристики

передатчика табл.2. Устойчивая зона приема составила до 78 км.

Подсистема сбора и передачи данных SkyLINK, как составная часть региональной

автоматизированной системы экологического мониторинга обеспечивает надежный

прием данных от удаленных объектов в соответствии с заявленными техническими

характеристиками, в том числе и в условиях мощных радиоэлектронных помех , от

передатчиков , расположенных вблизи с приемной атенной .

Примененные в ходе обследования расчетные модели, по определению зоны радио

покрытия полностью совпадают с экспериментальными данными и могут

использоваться для предварительной оценки зоны радио покрытия подсистемой сбора

и передачи данных SkyLINK;

Для обеспечения мониторинга потенциально опасных удаленных объектов Удмуртии

в радиусе до 150 км от Ижевска необходимо увеличить зону радио покрытия

проектным путем (переместить приемную антенну системы сбора и передачи данных

SkyLINK на теле вышке Вараксино на высоту не менее 330 метров);



Рис.35. Зона радио покрытия. Точки на местности, которые использовались при определения качества приема


Environment

РАИСПЭМ Ижевск Отчет об испытаниях Скайлинк ( SkyLink) на 150 км ,459,55 МГц, мощность 10 мВт