Методика проведения натурных испытаний береговых объектов НАВТЕКС ГМССБ М.Б. Проценко, Севастопольский «Испытательный центр «Омега» – филиал ФГБУ НИИР, директор филиала, профессор, д.т.н.; procenko@niir.ru В.В. Громоздин, Севастопольский «Испытательный центр «Омега» – филиал ФГБУ НИИР, заместитель директора филиала по техническому развитию, доцент, к.т.н.; gromozdin@niir.ru В.И. Коваленко, Севастопольский «Испытательный центр «Омега» – филиал ФГБУ НИИР, ведущий инженер; kovalenko@niir.ru М.С. Козуб, Севастопольский «Испытательный центр «Омега» – филиал ФГБУ НИИР, начальник научно-технического отдела испытаний, аспирант; kozub@niir.ru УДК 656.61.052:621.396 DOI: 10.34832/ELSV.2022.36.11.002 Аннотация. Представлена методика проведения натурных испытаний береговых объектов (станций) службы НАВТЕКС − компонента глобальной морской системы связи при бедствии и для обеспечения безопасности. Расчет порогового значения напряженности электромагнитного поля на стороне судна выполняется исходя из требований резолюций Международной морской организации (IMO) и расчетных значений максимально возможных уровней внешних шумов на стороне испытательного судна для заданного района проведения испытаний. Для случаев, когда по организационным или техническим причинам испытательное судно не может выйти на утвержденную или предполагаемую границу зоны обслуживания и дальности действия, предложен опытно-теоретический метод проведения испытаний. Ключевые слова: натурные испытания, морская СЧ радиосвязь, отношение сигнал/шум, напряженность электромагнитного поля, чувствительность радиоприемного устройства, глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности, НАВТЕКС. ВВЕДЕНИЕ Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности (ГМССБ) является частью комплексной международной системы радиосвязи, созданной для решения задач повышения безопасности судоходства и мореплавания. Одним из компонентов ГМССБ является служба НАВТЕКС − международная автоматизированная служба прямой печати для распространения информации на суда о безопасности на море, навигационных и метеорологических предупреждений, метеорологических прогнозов и других срочных сообщений, связанных с безопасностью. Определенной сложностью при создании и вводе в эксплуатацию береговых объектов (станций) НАВТЕКС является определение границ географических районов (зон) их обслуживания и покрытия (дальности действия). Эти данные можно достоверно получить только на основе результатов проведения натурных испытаний (НИ), выполненных аккредитованными испытательными центрами (испытательными лабораториями) [1]. Целью данной работы является определение методик проведения НИ, позволяющих произвести 12 определение или проверку зон обслуживания и дальности действия береговой станции НАВТЕКС на основе обобщения многолетнего опыта проведения НИ береговых объектов системы обеспечения безопасности мореплавания, осуществляемых Испытательным центром ФГБУ НИИР на базе Севастопольского «Испытательного центра «Омега», а также теоретического обоснования совершенствования натурных испытаний береговых объектов и центров ГМССБ, приведенного в [2–7]. В общем случае аналогично проведению испытаний береговых объектов МР А1 и МР А2 ГМССБ программа и методика испытаний службы НАВТЕКС включает в себя все основные этапы проведения испытаний, описание методов их проведения, а также порядок взаимоотношений и ответственность участвующих сторон (заказчик, исполнитель, организация, проектирующая береговую станцию (БС), орган по оценке соответствия). К основным этапам проведения НИ можно отнести: а) организацию и подготовку проведения испытаний; б) проведение предварительных расчетов требуемоЭЛЕКТРОСВЯЗЬ |11| 2022 СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ го порогового значения напряженности поля в районе проведения испытаний; в) проведение предварительных измерений на БС НАВТЕКС и на испытательном судне (ИС); г) проведение измерений с выходом на маршрут ИС; д) оформление результатов испытаний. Отличительной особенностью проведения НИ службы НАВТЕКС являются существенные сезонные и суточные колебания составляющей атмосферного радиошума. Это определяет наличие такого важного этапа НИ, как проведение предварительных расчетов максимально возможного уровня общего внешнего радиошума и требуемого порогового значения напряженности поля в районе проведения испытаний. ОРГАНИЗАЦИЯ И ПОДГОТОВКА ПРОВЕДЕНИЯ НИ Организация проведения испытаний берегового объекта службы НАВТЕКС включает в себя анализ технической документации заявляемого берегового объекта с приложением документов, содержащих информацию об объекте испытаний, включая карту морского района, схему расположения БС с зоной обслуживания и зоной покрытия, перечень радиотехнического и связного оборудования БС с указанием модели, изготовителя, заводского номера и основных характеристик оборудования, название и технические характеристики ИС. На основании технических характеристик ИС определяется возможность установки приемной измерительной антенны. Также анализируется возможность монтажа на судне связного радиооборудования испытательного центра либо использование штатного связного радиооборудования ИС с целью обеспечения общения между испытателями на БС и на ИС в процессе прохождения маршрута ИС. Основной маршрут ИС должен быть определен до начала НИ, согласован исполнителем с заказчиком и заказчиком с капитаном ИС. Маршрут уточняется в ходе проведения НИ в зависимости от получаемых результатов измерений непосредственно в контрольных точках маршрута, и такая возможность должна быть согласована с заказчиком и капитаном судна. Разработка маршрута ИС проводится на основании: а) предоставляемой заказчиком географической карты с местоположением антенны БС НАВТЕКС с нанесенными (установленными или предварительно определенными) границами зон обслуживания и дальности действия БС НАВТЕКС; б) совокупности гидрометеорологических условий, карты промера глубин, осадки судна и опасных районов для плавания с целью обеспечения безопасного движения ИС; в) необходимости пересечения ИС установленных или определяемых границ зон обслуживания и дальELSV.RU ности действия с целью подтверждения или определения их точного значения – для инструментального метода; г) актуальных радиальных направлений от антенны БС НАВТЕКС, в которых существуют организационно-технические ограничения для выхода ИС на границу зоны покрытия и/или зоны обслуживания – для опытно-теоретического метода проведения испытаний (испытания с использованием моделей [8]). В зависимости от метода подтверждения или определения границ зон обслуживания или зоны покрытия береговой станции НАВТЕКС, основной маршрут ИС должен прокладываться: • вдоль заданных или предварительно определенных границ зон обслуживания и зоны покрытия с периодическим пересечением этих границ для измерительного метода (пример приведен на рис. 1, а); • вдоль радиальных направлений от антенны БС НАВТЕКС, удаляясь от них до дистанций, позволяющих производить измерения и обеспечивающих достаточную достоверность прогнозирования для опытно-теоретического метода (пример приведен на рис. 1, б). Рисунок 1 Примеры прокладки основного маршрута ИС: инструментальный метод (а); опытно-теоретический метод (б) а) б) 13 ПРОВЕДЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ И РАСЧЕТОВ НА ОБЪЕКТАХ БС НАВТЕКС Перед выходом ИС на маршрут производится определение максимального уровня суммарного внешнего радиошума (далее – шум) в предполагаемом районе проведения испытаний с учетом требуемого процента доступности радиоканала. Суммарный средний уровень шума включает в себя медианные составляющие атмосферного (ATMO), промышленного (MANMADE) и галактического (GAL) шума. Данный расчет производится на основе Рекомендации МСЭ-R P.372-11 [9] или с помощью программы Noise1, входящей в пакет МСЭ NOISEDAT. При этом в качестве промышленной составляющей шума MANMADE (в данном случае – палубный шум) используется значение спектральной плотности мощности шума на частоте 3 МГц , как рекомендовано к использованию при расчетах зоны покрытия береговыми передатчиками ГМСББ в [10]. Скриншот программы Noise1 для зимнего сезона в районе БС НАВТЕКС, расположенной в Петропавловск-Камчатском (53°00'.00N 158°40'.00E) приведен на рис. 2 При расчетах суммарного коэффициента по формулам, приведенным в [9], без использования программы Noise1, спектральную плотность мощности палубного шума необходимо перевести в промышленную составляющую коэффициента шума согласно выражению Рисунок 2 Скриншот программы Noise1 для зимы с выделенными значениями: а) суммарный средний уровень внешнего шума; б) верхний дециль отклонения от среднего Рисунок 3 Сезонные колебания суммарного внешнего шума Fa, вычисленного для требуемого времени доступности (1) где fМГц =0,518 МГц – рабочая частота. После расчета суммарного уровня шума и верхнего дециля с помощью формул, приведенных в [10, п.2.1], учитываются возможные флуктуации шума, влияющие на требуемый процент времени доступности радиоканала (для службы НАВТЕКС он составляет 90%). На основе полученных значений строится диаграмма, пример которой для той же БС НАВТЕКС, расположенной в Петропавловск-Камчатском, приведен на рис. 3. По диаграмме определяется максимальное значение уровня внешнего шума на стороне в предполагаемом районе проведения испытаний. Как следует из рис. 3, для дальнейших расчетов принимается максимальное значение коэффициента суммарного внешнего шума , из которого определяется требуемое пороговое значение напряженности поля, гарантирующее наличие связи с требуемым процентом времени доступности: (2) 14 где SNтреб(дБ) =8 дБ – требуемое отношение сигнал/ шум на входе приемника в полной ширине полосы частот bГц =500 Гц [11, 12]. При этом следует учесть, что наличие требуемой напряженности поля в малошумных морских районах, таких как, например, Северный морской путь, может гарантировать прием сигналов судовыми терминалами НАВТЕКС только при условии обеспечения судовыми антеннами НАВТЕКС с требуемой в соответствии с Резолюцией IMO [11] эффективностью 25%. Здесь следует отметить, что даже для антенн, одобренных Российским морским регистром судоходства, данное требование зачастую не соблюдается, что создает электродвижущую силу (эдс) на выходе антенны значительно ниже регламентируемой чувствительности судовых радиоприемных устройств НАВТЕКС – 2 мкВ при коэффициенте символьных ошибок 4% и с эквивалентом антенны в виде последовательного активного 50-Омного сопротивления [13]. Проведение испытаний путем измерения на стороне ИС напряженности поля излучения, создаваемого ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ |11| 2022 СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ БС НАВТЕКС, полностью соответствует требованиям Резолюции IMO [11, 12] о необходимости подтверждения зоны обслуживания НАВТЕКС именно измерениями напряженности поля, а также соответствует основным условиям, предъявляемым к НИ, определенным в [8]: • испытаниям подвергается непосредственно изготовленная продукция (т.е. объект испытаний) без применения моделей изделия или его составных частей; • испытания проводятся в условиях и при воздействиях на продукцию, соответствующих условиям и воздействиям использования по целевому назначению; • определяемые характеристики свойств объекта испытаний измеряются непосредственно и при этом не используются аналитические зависимости, отражающие физическую структуру объекта испытаний и его составных частей. ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ МЕТОД ПРОВЕДЕНИЯ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ БС НАВТЕКС Инструментальный метод является основным методом подтверждения или определения рабочих зон технических средств связи. При этом граница зоны обслуживания (или зоны покрытия) БС НАВТЕКС определяется по критерию превышения измеренной напряженностью поля сигнала, создаваемой БС, требуемого значения (2). В общем виде схема проведения НИ БС НАВТЕКС при инструментальном методе показана на рис. 4. ОПЫТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРОВЕДЕНИЯ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ БС НАВТЕКС Опытно-теоретический метод используется при наличии организационно-технических ограничений на выход ИС на заданные или предварительно определенные границы зоны обслуживания (или дальности действия) БС НАВТЕКС. При этом границы зоны обслуживания (или дальности действия) БС НАВТЕКС определяются по кри- терию превышения расчетной напряженностью поля сигнала, создаваемой передающим устройством БС НАВТЕКС, требуемых значений (2). Расчетное значение напряженности поля определяется на основе измеренных значений напряженности поля при удалении ИС на промежуточные дистанции в актуальных радиальных направлениях. Методика определения границ зоны покрытия опытно-теоретическим методом аналогична приведенной в [7] при проведении испытаний для береговых объектов МР А2. При удалении ИС на достаточное для измерений расстояние от береговой линии производится измерение напряженности поля на стороне ИС. Определяется разностное значение: (3) По графику EРек.368(d) из [14] для соответствующих значений частоты и диэлектрических свойств подстилающей морской поверхности определяется прогнозируемая зона покрытия из условия, при котором напряженность поля EРек.368(d) принимает значение (4) где EРек.368(dизм) – напряженность электромагнитного поля по графикам [14] при дальности dизм, на которой проводилось измерение. Приведенный алгоритм прогнозирования дальности связи использует тот факт, что график напряженности поля вдоль смешанной трассы суша–море асимптотически приближается к графику напряженности поля для морского участка, скорректированного на некоторую фиксированную величину, которую можно интерпретировать, как дополнительное снижение (или увеличение) эффективности передающей антенны [15]. Рисунок 4 Общая схема проведения НИ береговых объектов НАВТЕКС ELSV.RU 15 Графическое представление приведенного алгоритма изображено на рис. 5. В общем случае передатчик и антенна БС НАВТЕКС могу находиться на значительном удалении от береговой линии. При этом минимально допустимое расстояние ИС от береговой линии min(dизм), на котором измеренные значения могут использоваться для прогнозирования дальности действия БС НАВТЕКС, может быть определено на основании решения уравнений Миллингтона [14, 15] для смешанной трассы. Рисунок 5 Прогнозирование дальности действия службы НАВТЕКС опытно-теоретическим методом по графикам Рекомендации МСЭ-R P. 368 Результаты этих вычислений при наихудших соотношениях диэлектрических свойств наземного и морского участков трассы по критерию параллельности суммарного графика напряженности поля и графика для морского участка при допуске ±1 дБ, приведены на рис. 6. В реальной ситуации при конкретных значениях диэлектрических свойств морского и наземного участков, допустимое расстояние может быть меньше определенного по графику на рис. 6, что, однако, требует подтверждения этого в процессе проведения НИ путем удаления по радиальной линии актуального направления от антенны БС НАВТЕКС до тех пор, пока зависимость измеренного значения напряженности поля не станет параллельной графику EРек.368(d) с отклонением не более ±1 дБ. В общем виде схема проведения НИ БС НАВТЕКС при опытно-теоретическом методе аналогична показанной на рис. 4 для инструментального метода, но при этом добавляются расчеты, непосредственно прогнозирующие дальность действия БС. ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ По результатам проведения НИ оформляется отчет (протокол испытаний). Отчет должен максимально полно включать информацию, определенную в [16], и содержать вывод о соответствии параметров и характеристик берегового объекта требованиям нормативных документов с учетом правил принятия решения и уровень риска. Также должны быть задокументированы основания, на которых базируются включенные в отчет мнения и интерпретации [16]. Рисунок 6 График минимально допустимого расстояния ИС от береговой линии 16 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе приведена методика проведения НИ БС НАВТЕКС, при которой критерием границы зоны обслуживания или дальности действия БС НАВТЕКС является превышение измеренным значением напряженности поля предварительно определенного требуемого порогового значения . Представленная методика основана на использовании инструментального метода измерения напряженности поля и соответствует требованиям [11] и критериям [9], предъявляемым к определению термина НИ. Для случая организационно-технических ограничений на выход ИС на установленные или на предварительно определенные границы зоны обслуживания или дальности действия БС НАВТЕКС в работе представлен опытно-теоретический метод прогнозирования дальности действия. Указанная методика позволяет органу по оценке соответствия, уполномоченному по освидетельствованию БС, получить от исполнителя объективные и достоверные результаты проведения НИ для принятия решения об освидетельствовании берегового объекта (БС) НАВТЕКС. ЭЛЕКТРОСВЯЗЬ |11| 2022 СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Приказ Минтранса РФ от 10 февраля 6. Громоздин, В.В. Методика проведения обеспечения безопасности (ГМССБ). – М., 2010 г. № 32. Об утверждении Положения натурных испытаний береговых объектов 1995. – 32 с. – https://www.morkniga.ru/ об одобрении типов аппаратуры и ГМССБ МР А1 / В.В. Громоздин, p823901.html. освидетельствовании объектов и центров. – В.И. Коваленко, К.В. Иевлев, М.С. Козуб // 12. Draft resolution IMO MSC.199 (80) (adopt- https://base.garant.ru/198540/. Электросвязь. – 2022. – № 3. – С. 30-34. ed on 16 May 2005). Adoption of amendments 2. Проценко, М.Б. Основные направления 7. Громоздин, В.В. Методика проведения to provision of radio services for the global совершенствования натурных испытаний натурных испытаний береговых объектов maritime distress and safety system (GMDSS) береговых объектов и центров СУДС ГМССБ МР А2 / В.В. Громоздин, (RESOLUTION A.801 (19)). – https://wwwcdn. и ГМССБ / М.Б. Проценко, В.В. Громоздин, В.И. Коваленко, К.В. Иевлев, М.С. Козуб // imo.org/localresources/en/KnowledgeCentre/ В.И. Коваленко // Труды НИИР. – 2019. – Электросвязь. – 2022. – № 4. – С. 21-27. IndexofIMOResolutions/MSCResolutions/ № 1. – С. 63-68. 8. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль MSC.199(80).pdf. 3. Громоздин, В.В. Определение границ качества продукции. Основные термины и 13. IMO MSC.1/Circular.1403/Rev.1 - Amend- рабочей зоны связи диапазона СЧ морского определения. – https://docs.cntd.ru/docu- ments to the Revised NAVTEX Manual – района А2 ГМССБ на основе испытаний с ment/1200005367. (25 November 2016) – Annex - Revised NAV- использованием моделей / В.В. Громоздин, 9. Рекомендация МСЭ-R P.372-11. TEX Manual 2018 Edition. – https://imorules. К.В. Иевлев, Т.В. Новикова // СПбНТОРЭС: Радиошум. – https://www.itu.int/dms_pubrec/ com/MSCRES_148.77_ANN.html. труды ежегодной НТК. – 2021. – № 1(76). – itu-r/rec/p/R-REC-P.372-11-201309- 14. Рекомендация МСЭ-R P.368-8. Кривые С. 250-251. S!!PDF-R.pdf. распространения земной волны для частот 4. Громоздин, В.В. Анализ и учет 10. Рекомендация МСЭ-R М.1467-1. между 10 кГц и 30 МГц. – https://www.itu. ЭМС на береговой станции ГМССБ при Предварительное определение границ int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.368-8- прогнозировании дальности радиосвязи действия для морской зоны А2 и NAVTEX 200503-S!!PDF-R.pdf. диапазона СЧ / В.В. Громоздин, и защита канала оповещения о бедствиях 15. Долуханов, М.П. Распространение К.В. Иевлев, М.С. Козуб // Труды НИИР. – Глобальной морской системы для случаев радиоволн / М.П. Долуханов. – Изд. 4-е. – 2022. – № 1. – С. 48-52. бедствия и обеспечения безопасности М.: Связь, 1972. 5. Проценко, М.Б. Инструментальные (ГМСББ) в районе А2. – https://www.itu.int/ 16. ГОСТ ISO/IEC 17025-2019. методы измерения качества судовой dms_pubrec/itu-r/rec/m/R-REC-M.1467-1- Общие требования к компетентности ОВЧ радиосвязи / М.Б. Проценко, 200603-I!!PDF-R.pdf. испытательных и калибровочных В.В. Громоздин, К.В. Иевлев, М.С. Козуб // 11. Резолюция IMO А.801(19). Обеспечение лабораторий. – https://docs.cntd.ru/docu- Труды НИИР. – 2021. – № 1. – С. 25-32. радиослужб для глобальной морской ment/1200166732. системы связи при бедствии и для ELSV.RU Получено 21.11.22 17