Передмова

Радiотехнічною системою називається сукупнiсть технiчних засобiв, призначених для виконання певного кола задач, в якiй під час обмiну iнформацiєю мiж окремими її частинами використовуються радiосигнали, здатнi переносити iнформацiю.
Власне в радiотехнiчних системах рiзного призначення реалiзуються можливостi радiотехнiки. Радiосистеми є пiдкласом сформованого в технiчнiй кiбернетицi поняття “система”.
Кiбернетика пiд системою розумiє бiологiчну популяцiю, економiку держави, дiяльнiсть пiдприємства, протиповiтряну оборону країни, систему керування безпiлотними об’єктами, радiолокацiйну систему тощо.
Термiн “система” походить вiд латинського слова “systema”, яке означає “цiле, складене з окремих частин”. Тому пiд системою i розумiють сукупнiсть взаємопов’язаних частин, якi виконують чiтко визначену задачу чи функцiю.
Розробка будь-якої системи, в тому числi i радiотехнічної, ведеться на основi чiтко визначених принципiв. Такими основними принципами є:
1. Цiлiснiсть (єднiсть) – наявнiсть в усiєї системи певної спiльної цiлi, загального призначення. Властивостi системи принципово неможливо звести до суми властивостей складових частин (компонентiв чи елементiв).
З властивостей частин неможливо вивести властивiсть системи. Характеристики кожної частини системи залежать вiд її мiсця i функцiї, якi вона виконує всерединi системи.
2. Структурнiсть – це можливiсть опису системи через визначення її структури, тобто наявних зв’язкiв i вiдношень всерединi системи. Поведiнка системи обумовлюється як поведiнкою її окремих частин, так i властивостями її структури.
3. Iєрархiчнiсть – кожна частина системи може розглядатися як система, яка в даному випадку є однiєю iз частин бiльш широкої системи.
4. Складнiсть поведiнки системи – наявнiсть складних взаємозв’язкiв мiж змiнними системи, якi переплiтаються та перекриваються i за яких змiна однiєї змінної викликає змiну багатьох iнших змiнних.
5. Множиннiсть опису системи – як наслiдок принципової складностi системи її адекватне пiзнання вимагає побудови множини рiзних моделей, кожна з яких описує лише певний аспект системи.
6. Великi розмiри системи як за кількістю частин, виконуваних функцiй, входiв, так i за її вартiстю.
7. Нерегулярне, випадкове в часi надходження зовнiшнiх збурень (завад), наслiдком чого є неможливiсть точного передбачення навантажень.
8. Високий ступiнь автоматизацiї, широке використання в системi найновiших автоматичних обчислювальних машин та мiкропроцесорiв для забезпечення гнучкого, оперативного та автоматизованого керування системою.
Приступаючи до проектування радiотехнiчної системи, необхiдно вiдповiдно до першого системного принципу чiтко визначити призначення системи (визначити цiль, для чого буде використовуватися система).
Iнформацiйна сутнiсть, що є важливою характеристикою радiосистем, визначає їх функцiональне призначення. З цiєї точки зору радiосистеми подiляються на такі класи:
1. Системи передавання iнформацiї.
2. Системи добування iнформацiї.
3. Системи радiорозвiдки.
4. Системи радiопротидiї.
5. Системи радiокерування рухом.
Системи передавання iнформацiї (їх ще називають системами зв’язку) забезпечують передавання iнформацiї (повiдомлень) вiд джерела iнформацiї до одержувача iнформацiї (абонента). Основними складовими частинами таких систем є радiопередавач РПД, передавальна антена АРПД, радiоканал РК, приймальна антена АПРМ та радiоприймальний пристрiй РПМ.
Системи добування iнформацiї, до яких вiдносяться радiолокацiйнi, радiонавiгацiйнi системи та системи радiорозвiдки, забезпечують виявлення сигналiв, оцiнку (вимiрювання) їх параметрiв i на основi цього визначають параметри руху об’єктiв. Основними складовими частинами таких систем є також РПД, АРПД, АРПМ,РПМ, але принципи формування структурної схеми системи є складнiшими, нiж в системах передачi iнформацiї.
Системи радiопротидiї (їх ще називають системами знищення iнформацiї) шляхом створення завад на входi радiоприймальних пристроїв створюють такі складні умови роботи останнiх, що на виході приймача виникають помилки в прийнятих повiдомленнях, в результатi чого прийнята iнформацiя стає недостовiрною.
Системи радiокерування рухом та станом об’єктів використовують добуту iнформацiю для керування рухом рiзних об’єктiв на вiддалi, а також для керування рiзними технологiчними процесами.
Для розв’язку практичних задач окремi радiосистеми об’єднуються в комплекси, якi виконують загальнi комплекснi завдання. Сучаснi радiокомплекси складаються з багатьох радiосистем з перерахованих вище класiв. Прикладом таких комплексiв є системи керування повiтряним рухом, системи протиповiтряної оборони, системи вимiрювання траєкторiй та керування штучними супутниками Землi i космiчними кораблями.
Побудова таких радiосистем ґрунтується на рiзних фiзичних принципах, якi розглядатимемо окремо для кожного класу радiосистем.
Під час розгляду принципів побудови радіотехнічних систем різного призначення необхідно враховувати, що одночасно з корисними сигналами, за допомогою яких добувається або передається інформація, діють шуми. Тому методи побудови радіотехнічних систем потрібно визначати з врахуванням випадкового характеру як сигналів, так і шумів, оптимізуючи ці системи з метою забезпечення якнайкращих показників їх роботи.
Це означає, що теорія побудови радіотехнічних систем повинна ґрунтуватись на статистичних методах, узагальнення яких набуває вигляду статистичної теорії радіотехнічних систем. Використовуючи цю статистичну теорію, визначають алгоритми оптимального виявлення, розділення, розрізнення сигналів та оптимальної оцінки їх параметрів. Реалізації цих алгоритмів дають змогу побудувати оптимальні радіотехнічні системи, які за найменших енергетичних та технічних затратах уможливлюють добути або передати інформацію з найбільшою ефективністю (з мінімально можливими помилками за мінімальних енергетичних та технічних затратах).
Загальні вимоги, які висуваються до кожної радіотехнічної системи, включають необхідність достовірного та своєчасного одержання великого обсягу інформації за допомогою прийнятого сигналу за обмеженої енергії зондуючого. Очевидно, що помилкові, запізнілі або неповні дані знецінюють одержану інформацію, оскільки не уможливлюють оперативно приймати правильні рішення.
Знайти оптимальну структуру складної радіотехнічної системи, яка забезпечувала б точність (достовірність) одержаної інформації, необхідну пропускну здатність, надійність, завадостійкість, електромагнітну сумісність, є дуже складним завданням.
Погіршення якості приймання через технічну недосконалість апаратури, в принципі, можна уникнути удосконаленням останньої.
Що ж стосується завад, які викликають спотворення радіосигналів, то питання пошуків шляхів усунення їх впливу мають принциповий характер, оскільки вони зумовлені незалежними від нас причинами. Ці шляхи допомагає нам знайти статистична теорія. Тому основні теоретичні питання побудови радіотехнічних систем розглядатимемо окремо, поступово нарощуючи складність задач. Починаємо розгляд із пошуку шляхів розв’язання задачі виявлення, коли на основі прийнятої реалізації (сигналу на вході приймача) необхідно встановити, що являє собою ця прийнята реалізація: корисний сигнал разом з шумом чи тільки шум. Розв’язавши цю задачу, можна приступати до розв’язання наступної: оцінювати значення параметрів сигналу, в яких закладена корисна для нас інформація. Можна було би ці дві задачі розв’язувати одночасно як одну задачу “виявлення-оцінювання”, одержаний розв’язок міг би стати основою для побудови більш складної системи порівняно до радіосистеми, яка тільки виявляє сигнали (як правило, це охоронна система). З метою спрощення аналізу ці дві задачі, – виявлення та оцінювання параметрів, – розглядаються окремо.
Щоб зробити процес вивчення основ теорії радіотехнічних систем достатньо доступним, в посібнику наведені лише головні, типові для всіх видів радіотехнічних систем, задачі, які ґрунтуються на останніх досягненнях статистичної радіотехніки. У другій частині посібника показується, як розв’язки задач використовуються при побудові радіотехнічних систем різного призначення.