Крайний Север - часть территории Земли, расположенная в основном к северу от Северного Полярного круга. На данный момент к районам Крайнего Севера относится более 60% территории России. Особенность географического положения и значительная протяженность морского побережья влияют на организацию управления и связи в данном регионе.
Эффективность развертывания и поддержания необходимого боевого потенциала общевойскового соединения в Арктической зоне с целью решения поставленных задач, в первую очередь, будет определяться наличием устойчивой системы управления и ее технической основы, важнейшей составной частью которой является система связи [1].
Связь в северных районах предстоит организовывать на более широком фронте, чем в обычных условиях, как правило, на отдельных направлениях с обеспечением возможности подразделениям самостоятельно выполнять поставленные перед ними задачи. Особое внимание будет уделяться организации контроля безопасности связи (КБС) развёртываемой в Арктической зоне. Система КБС будет характеризоваться: суровым и неустойчивым климатом с продолжительной зимой и длительными периодами полярной ночи, которые приводят к повышению энергопотребления и снижают мобильность подвижных средств КБС [2]. Развёртывание элементов системы связи общевойскового соединения затрудняется сложным характером местности, наличием районов вечной мерзлоты, труднодоступным скальным грунтом, глубоким снежным покровом, ограниченным количеством доступных направлений, частыми полярными сияниями, сопровождающимися магнитными бурями, повышенной электромагнитной активностью атмосферы, оказывающими влияние на организацию связи радиосредствами [3].
Эти особенности обусловливают необходимость разработки специального типа техники и вооружения для оснащаемых средств связи и автоматизированными системами управления и навигации. Для обеспечения связи в труднодоступных, малонаселённых районах материковой части Крайнего севера целесообразно применение многоинтервальных тропосферных линий связи (ТРЛ), в которых за счет использования эффекта дальнего тропосферного распространения (ДТР) радиоволн УКВ диапазона, расстояние между соседними станциями может достигать несколько сотен километров. Одним из приоритетных видов связи в районах крайнего севера, по мнению авторов, будет является дальняя тропосферная связь (ДТС).
За счет рассеяния радиоволн неоднородностями тропосферы возможно ДТР радиоволн УКВ-диапазона. Неоднородности тропосферы представляют собой области, в которых диэлектрическая проницаемость и коэффициент преломления отличаются от их средних значений в окружающей эти области тропосфере. С помощью передающей антенны, расположенной в точке О и имеющей достаточно узкую диаграмму направленности, облучается некоторый объем тропосферы с неоднородностями (рис. 1).
Рис.1 Тропосферное рассеяние радиоволн
Значительная часть излучаемой энергии распространяется в направлении движения волны. Часть энергии рассеивается неоднородностями в различных направлениях, в том числе в направлении на приемную антенну, расположенную в точке А. С целью повышения напряженности поля вблизи приемной антенны при использовании рассеяния радиоволн неоднородностями направления максимумов излучения и приема их ориентируют почти по касательной к земной поверхности. Особенностью работы радиолинии ДТР является наличие замираний сигнала на входе приемника, обусловленных случайными колебаниями напряженности поля в точке приема. Для учета влияния ослабления радиоволн в формулы, выражающие зависимость напряженности поля от расстояния, вводится экспоненциальный множитель зависимость напряженности поля от расстояния, вводится экспоненциальный множитель [4]:
(1)
где Em0 – амплитуда напряженности поля без учета ослабления; αтр – коэффициент ослабления (затухания) радиоволн, приходящийся на единицу расстояния. Коэффициент ослабления радиоволн (дБ/км):
(2)
Он является суммой коэффициента ослабления (поглощения и рассеяния) в каплях воды Г′тр и коэффициента Г¢¢тр ослабления (поглощения) газами тропосферы, т. е.
(3)
Для борьбы с замираниями применяют прием на две (иногда четыре) антенны, разнесенные по линии, перпендикулярной радиотрассе. Принятые отдельными антеннами сигналы детектируются, а затем суммируются. Кроме того, используется разнесение по частоте, т. е. одну и ту же информацию передают одновременно на двух частотах [5]. Средний уровень напряженности поля при ДТР летом на 20…30 дБ выше, чем зимой. В радиолиниях ДТР используются передатчики мощностью 10…100 кВт, параболические (зеркальные) антенны диаметром до 40 м и малошумящие усилители высокой частоты в приемниках. Работают радиолинии ДТР на частотах 300…500 МГц. Высота пересечения диаграммы направленности антенн, определяемая местом расположения неоднородностей, обычно составляет 3…5 км. При этом обеспечивается протяженность линии ДТС 300…900 км. Целесообразно широко использовать ДТС там, где нельзя установить промежуточные ретрансляционные пункты радиорелейных линий (над проливами, в северных и малонаселенных районах) [6].
Авторы считают, что учитывая преимущества тропосферных станций перед радиорелейными по дальности связи на одном интервале, представляется возможным развёртывание в районах Крайнего севера магистральной линии связи большой протяжённости в прибрежной зоне вдоль Северного морского пути. Создание узлов выделения каналов в пунктах дислокации войск и на всех портовых объектах морских и речных побережьях Крайнего севера. Такая магистральная линия связи создаст технологическую основу предлагаемой сети «Север-2» взамен ранее существовавшей системе линий связи «Север». Она была созданная для обеспечения связью отдалённых регионов страны. Линия имела протяжённость 13200 километров и состояла из 46 тропосферных радиорелейных станций (ТРРС), расположенных большей частью вдоль побережья Северного Ледовитого и Тихого океанов и крупнейших сибирских рек: Обь, Енисей и Лена (рис. 2).
Рис.2 Схема узлов связи тропосферных радиорелейных станций линий связи «Север»
Линия связи была развернута в конце 60-х годов и обеспечивала связью воинские части, администрацию и население Крайнего Севера и Дальнего Востока на территории, составляющей 60% площади России. Система состояла из 7 линий и имела 2 узла, в подчинении у которых находились остальные центры и станции. Это была сеть станций, расположенных друг от друга на расстоянии 120-450 км и представляющих собой автономные военные городки, которые самостоятельно решали вопросы обеспечения электроэнергией и теплом, эксплуатации техники, жизнеобеспечения и доставки необходимых грузов.
По структурно-технологическому исполнению предлагаемая система сети «Север-2» будет представлять унифицированный комплекс технических средств в составе участков линий связи, развёртываемых тропосферными и радиорелейными средствами, а также отдельными вставками спутниковой связи. На местах развертывания узловых и ретрансляционных станций предполагается развивать цифровые мультисервисные сети сотовой связи, дежурные сети радиодоступа общего пользования в интересах мобильных абонентов (кораблей, самолетов и других подвижных объектов). Сопряжение модернизированной цифровой сети ТРРС с существующими операторами связи, что обеспечит полнодоступный информационный выход абонентам с пунктов управления силовых министерств на каналы Единой сети электросвязи Российской Федерации. Технологическую основу «Север-2» могут составить цифровые тропосферные станции, построенные на применении новых технологий, имеющих современное цифровое оборудование, приемо-передающих трактов и цифрового каналообразования с дальностью связи на одном интервале до 500 км. и более [7]. Система линий связи «Север-2», также предполагает использование перспективных комплексов КБС разрабатываемых на базе Военной академии связи и в ООО «Специальный технологический центр» г. Санкт-Петербург. Разрабатываемые комплексы КБС будут адаптированы под сложные климатические и физико-географические условия, низкие температуры, повышенную ветровую нагрузку, возможные обледенения антенных систем и сложное обеспечение функционирования систем энергоснабжения в арктических широтах [8].
Таким образом, по мнению авторов, указанные обстоятельства подчёркивают необходимость построения надёжной системы связи для обеспечения устойчивого управления подразделениями и обеспечения КБС в районах Крайнего севера. Возможные варианты построения линий связи и использования перспективных комплексов КБС, выявили основные достоинства и недостатки. Исходя из особенностей наиболее подходящим видом связи для предлагаемой системы «Север-2» будет, является спутниковая и ДТС.