Перейти к содержимому
3

[2.3] Расширение спектра и псевдослучайная перестройка частоты #

Техник БПЛА · радиосвязь, РЭБ и РЭР

Расширение спектра — основной способ обеспечить работу линии в условиях помех и затруднить её обнаружение.

Содержание

1. Зачем расширять спектр

Сигнал, занимающий полосу значительно шире необходимой для передачи данных, получает три полезных свойства.

  1. Устойчивость к узкополосной помехе. Помеха поражает лишь часть полосы, а на приёме сигнал восстанавливается по остальной части.
  2. Низкая спектральная плотность. Мощность распределена по широкой полосе, поэтому сигнал может находиться ниже уровня шума и быть незаметным при обычном наблюдении.
  3. Возможность работы нескольких линий в одной полосе с разделением по кодам или по последовательности перестройки.

1.1 Выигрыш обработки

Выигрыш обработки показывает, во сколько раз расширение спектра [вики] улучшает отношение сигнал-помеха на выходе приёмника:

\( G_{обр} = 10 \lg \dfrac{B_{расш}}{B_{инф}} \)

Полоса сигналаПолоса данныхВыигрыш обработки
1 МГц10 кГц20 дБ
2 МГц20 кГц20 дБ
20 МГц100 кГц23 дБ
2 МГц1 кГц33 дБ
20 МГц10 кГц33 дБ

Именно выигрыш обработки объясняет, почему сигнал спутниковой навигации принимается при уровне на 20 дБ ниже уровня собственного шума приёмника.

↑ К оглавлению

2. Прямое расширение спектра

При прямом расширении спектра [вики] каждый информационный бит умножается на псевдослучайную последовательность [вики] значительно большей скорости. Элементы этой последовательности называются чипами. На приёме выполняется обратная операция: принятый сигнал перемножается с той же последовательностью, что восстанавливает узкополосный сигнал и одновременно размазывает узкополосную помеху по всей полосе.

СвойствоОценка
Стойкость к узкополосной помехеВысокая, определяется выигрышем обработки
Стойкость к широкополосной шумовой помехеНевысокая
СкрытностьВысокая при большом коэффициенте расширения
Сложность приёмникаТребуется точная синхронизация по времени
ПрименениеСигналы спутниковой навигации, специальные линии
↑ К оглавлению

3. Псевдослучайная перестройка рабочей частоты

При перестройке частоты передатчик и приёмник синхронно меняют рабочую частоту по заранее известной псевдослучайной последовательности. Время работы на одной частоте называется длительностью скачка.

ПараметрТиповое значение в беспилотных системахНа что влияет
Число частотных позицийот 40 до 80Стойкость к заградительной помехе
Шаг между позициямиот 0,5 до 2 МГцРазвязка между соседними позициями
Скорость перестройкиот 50 до 500 скачков в секундуСтойкость к следящей помехе
Общая занимаемая полосаот 40 до 80 МГцВыигрыш обработки

3.1 Почему перестройка эффективна против подавления

Постановщик помех вынужден выбирать между двумя стратегиями. Он может распределить мощность по всей полосе перестройки, и тогда плотность помехи в каждой позиции падает пропорционально числу позиций. Либо он может подавлять несколько позиций на полной мощности, и тогда линия теряет только часть пакетов, что компенсируется кодированием.

Расчётный пример

Линия использует 40 частотных позиций в полосе 80 МГц. Постановщик заградительной помехи мощностью 10 Вт распределяет её по всей полосе. На одну позицию шириной 2 МГц приходится \( 10 / 40 = 0{,}25 \) Вт. Таким образом, эффективная мощность помехи снижается на \( 10 \lg 40 = 16 \) дБ по сравнению с сосредоточенным воздействием на одну частоту.

Ограничение. Перестройка частоты защищает от помехи, но не защищает от обнаружения. Панорамный приёмник с достаточной скоростью обзора видит всю картину перестройки и определяет полосу работы линии в течение нескольких секунд.

↑ К оглавлению

4. Сравнение методов

КритерийПрямое расширениеПерестройка частотыБез расширения
Стойкость к узкополосной помехеВысокаяВысокаяОтсутствует
Стойкость к заградительной помехеНизкаяСредняяОтсутствует
Стойкость к следящей помехеВысокаяЗависит от скорости перестройкиОтсутствует
Скрытность излученияВысокаяСредняяНизкая
Сложность реализацииВысокаяСредняяНизкая
Совместимость нескольких линийПо кодамПо последовательностямПо частотам
ПрименениеСпутниковая навигацияКомандные линии беспилотных системАналоговая передача изображения

Практическая работа 2.3

Цель. Наблюдать перестройку рабочей частоты командной линии и определить её параметры.

Порядок выполнения. Настроить приёмник программно-определяемого радио [вики] на обзор полосы работы командной линии шириной не менее 80 МГц. Включить аппаратуру управления. На водопадной диаграмме определить границы полосы перестройки, число различимых частотных позиций и шаг между ними. По длительности отметки оценить время работы на одной позиции.

Критерий выполнения. Указаны границы полосы, шаг сетки и оценка скорости перестройки. Полученные значения сопоставлены с документацией на применяемый протокол.

↑ К оглавлению

5. Проверьте себя

  1. Чему равен выигрыш обработки при расширении полосы с 10 кГц до 2 МГц?
  2. Почему сигнал спутниковой навигации принимается ниже уровня собственного шума приёмника?
  3. Какая стратегия подавления наименее эффективна против линии с перестройкой частоты?
  4. Защищает ли перестройка частоты от обнаружения линии средствами разведки?
  5. В чём различие стойкости прямого расширения и перестройки к заградительной помехе?

Контрольный перечень

↑ К оглавлению

6. Источники

  1. Варакин Л. Е. Системы связи с шумоподобными сигналами.
  2. Ипатов В. П. Широкополосные системы и кодовое разделение сигналов.
  3. Документация проекта ExpressLRS, описание алгоритма перестройки частоты.

Проверено: 20.09.2026

↑ К оглавлению
  • мод. : Понедельник, 21 сентября 2026