Информационные технологии в радиотехнических системах

Èçäàòåëüñòâî ÌÃÒÓ èìåíè Í.Ý. Áàóìàíà

Ðåêîìåíäîâàíî ó÷åáíî-ìåòîäè÷åñêèì îáúåäèíåíèåì âóçîâ
Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè ðàäèîòåõíèêè,
ýëåêòðîíèêè,áèîìåäèöèíñêîé òåõíèêè è àâòîìàòèçàöèè
â êà÷åñòâå ó÷åáíîãî ïîñîáèÿ  äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ
çàâåäåíèé,îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèÿì ïîäãîòîâêè
«Ðàäèîòåõíèêà»
áàêàëàâð è ìàãèñòð
è 210300 «Ðàäèîòåõíèêà»
210400
(
)
ïî ñïåöèàëüíîñòÿì 210302 «Ðàäèîòåõíèêà»
è 210304 «Ðàäèîýëåêòðîííûå ñèñòåìû»

Ïîä ðåäàêöèåé È.Á. Ôåäîðîâà

Èçäàíèå òðåòüå,ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå

Ìîñêâà 2011

УДК 621.396(075.8) 
ББК 32 
И741  

А в т о р ы: 
В.А. Васин, И.Б. Власов, Д.Д. Дмитриев, В.В. Калмыков, А.А. Кузнецов, 
А.И. Николаев, В.Б. Пудловский, В.А. Родзивилов, Ю.Н. Себекин, 
А.И. Сенин, Г.П. Слукин, И.Б. Федоров 

Р е ц е н з е н т ы: 
кафедра «Радиотехнические системы» МТУСИ 
(зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Ю.С. Шинаков);  
д-р техн. наук, проф. Е.М. Сухарев 
 
                  Информационные технологии в радиотехнических системах : 
учеб. пособие / под ред. И. Б. Федорова. — Изд. 3-е перераб. и доп. — 
М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2011. — 846, [2] с. : ил. — (Ин-
форматика в техническом университете). 

ISBN 978-5-7038-3409-1 

Изложены основы статистической теории радиосистем. Рассмотрены 
задачи обнаружения, различения, разрешения сигналов на фоне помех, а так-
же измерения параметров сигналов, в том числе изменяющихся за время на-
блюдения. Сделана попытка обобщить методический подход к анализу и 
синтезу основных информационных технологий для различных радиотехни-
ческих систем: радиолокационных, спутниковых, радионавигационных и 
систем передачи информации. 
Третье издание (2-е — 2004 г.) переработано и дополнено. Расширены 
главы 4 и 6. Существенно переработана глава 8. 
Содержание учебного пособия соответствует курсам лекций, которые 
авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для студентов высших технических учебных заведений, обучающихся 
по направлению подготовки дипломированных специалистов «Радиотехни-
ка». Может быть полезно аспирантам, работникам научно-исследовательс-
ких организаций и промышленности, занимающимся вопросами разработки 
радиотехнических систем различного назначения. 
 

УДК 621.396(075.8) 
ББК  32                     

         
 МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003, 2004 с изменениями,  
    2011 с изменениями 
ISBN 978-5-7038-3409-1   
 Оформление. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

 

И741 

 Оглавление 
—————————————————————————————————— 

5 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

ПРЕДИСЛОВИЕ..............................................................................................   13 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ .....................................................   16 

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ ....................................................   18 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  О РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ..........   20 
1.1. Роль радиотехнических систем в современном обществе............................    20 
1.2. Классификация радиотехнических систем.....................................................    21 
1.3. Тактико-технические характеристики  радиотехнических систем ..............    26 
1.4. Энергетические соотношения  в радиотехнических системах.....................    29 
1.5. Тенденции развития радиотехнических систем.............................................    33 
Контрольные вопросы......................................................................................    37 

2. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ  В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.....   38 
2.1. Информация, сообщения, сигналы .................................................................    38 
2.2. Математические модели сигналов и помех....................................................    40 
2.3. Векторное представление сигналов................................................................    45 
2.4. Дискретизация непрерывных сигналов..........................................................    49 
2.5. Преобразование непрерывных сигналов в цифровую форму.......................    57 
2.6. Сложные сигналы.............................................................................................    61 
2.6.1. Линейные рекуррентные последовательности максимальной   
длины.......................................................................................................    62 
2.6.2. Линейные рекуррентные последовательности немаксимальной  
длины.......................................................................................................    70 
2.6.3. Сегменты М-последовательностей .......................................................    74 
2.7. Системы сигналов ............................................................................................    74 
2.7.1. Ортогональные сигналы.........................................................................    76 
2.7.2. Биортогональные сигналы .....................................................................    82 
2.7.3. Симплексные сигналы............................................................................    82 
2.8. Моделирование сигналов и помех ..................................................................    84 
2.8.1. Моделирование случайных величин.....................................................    84 
2.8.2. Моделирование случайных векторов....................................................    90 
2.8.3. Моделирование гауссовских случайных процессов............................    95 
2.8.4. Моделирование негаусcовских случайных процессов........................  106 
Контрольные вопросы......................................................................................  110 

3. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБНАРУЖЕНИЯ  И РАЗЛИЧЕНИЯ 
СИГНАЛОВ ................................................................................................. 111   
3.1. Общие сведения................................................................................................  111 
3.2. Основные положения теории статистических решений. Оптимальные  
критерии ...........................................................................................................  114 
3.3. Обнаружение сигналов на фоне белого шума ...............................................  120 

Оглавление 
—————————————————————————————————— 

6 

3.3.1. Оптимальные алгоритмы обнаружения сигналов................................  120 
3.3.2. Обнаружение детерминированного сигнала ........................................  134 
3.3.3. Обнаружение сигнала со случайной начальной фазой........................  143 
3.3.4. Обнаружение сигнала со случайными амплитудой  и начальной  
фазой........................................................................................................  148 
3.3.5. Обнаружение пачки сигналов................................................................  151 
3.4. Различение сигналов на фоне белого шума ...................................................  160 
3.4.1. Оптимальные алгоритмы различения сигналов...................................  160 
3.4.2. Различение двух детерминированных сигналов..................................  160 
3.4.3. Различение m детерминированных сигналов.......................................  168 
3.4.4. Различение двух сигналов со случайной начальной фазой ................  173 
3.4.5. Различение m сигналов со случайной начальной фазой......................  179 
3.5. Оптимальный прием сигналов на фоне небелого шума................................  182 
3.5.1. Обнаружение сигнала.............................................................................  182 
3.5.2. Различение сигналов...............................................................................  190 
3.6. Обнаружение сигналов в условиях  априорной неопределенности.............  192 
Контрольные вопросы......................................................................................  198 

4. РАЗРЕШЕНИЕ СИГНАЛОВ ...................................................................... 200 
4.1. Понятие о разрешении сигналов.....................................................................  200 
4.2. Функция рассогласования (неопределенности)  в теории разрешения .......  203 
4.2.1. Общие сведения о функции рассогласования ......................................  203 
4.2.2. Время-частотные функции рассогласования........................................  205 
4.3. Функции рассогласования когерентных сигналов ........................................  209 
4.3.1. Сигналы без внутриимпульсной модуляции........................................  209 
4.3.2. Частотно-модулированные сигналы .....................................................  214 
4.3.3. Нелинейно-частотно-модулированные когерентные сигналы ...........  220 
4.4. Сигналы, обеспечивающие высокие разрешающие  способности  
по времени запаздывания и частоте...............................................................  228 
4.4.1. Особенности выбора время-частотных  функций рассогласования...  228 
4.4.2. Фазоманипулированные сигналы..........................................................  229 
4.5. Угло-поляризационные функции рассогласования.......................................  233 
4.6. Согласованное и оптимальное разрешения сигналов ...................................  236 
4.7. Согласованное и квазисогласованное разрешения при синтезированных 
апертурах антенн ............................................................................................. 238  
Контрольные вопросы......................................................................................  242 

5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИЗМЕРЕНИЯ  ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ ........ 243 
5.1. Общие сведения................................................................................................  243 
5.1.1. Измерение случайных параметров........................................................  245 
5.1.2. Измерение неслучайных параметров....................................................  248 
5.1.3. Особенности многократного измерения случайных параметров.......  249 
5.2. Измерение параметров радиолокационных сигналов...................................  250 
5.2.1. Неследящие измерители дальности ......................................................  252 
5.2.2. Неследящие измерители скорости ........................................................  253 
5.2.3. Совместное  измерение запаздывания  и доплеровского сдвига  
частоты ....................................................................................................  254 

 Оглавление 
—————————————————————————————————— 

7 

5.3. Следящие измерители дальности  и доплеровского сдвига частоты...........  257 
5.4. Измерение угловых координат........................................................................  265 
5.4.1. Многоканальные измерители угловых координат...............................  265 
5.4.2. Одноканальные измерители угловых координат.................................  267 
5.4.3. Дискриминаторные методы измерения угловых координат...............  269 
5.5. Точность измерения параметров.....................................................................  273 
Контрольные вопросы......................................................................................  279 

6. ОСНОВЫ ВТОРИЧНОЙ ОБРАБОТКИ  РАДИОЛОКАЦИОННОЙ 
ИНФОРМАЦИИ .......................................................................................... 281 
6.1. Общие сведения................................................................................................  281 
6.1.1. Основные понятия и история вопроса ..................................................  281 
6.1.2. Основные операции вторичной обработки...........................................  286 
6.2. Модели целевой и помеховой обстановки .....................................................  292 
6.2.1. Модели движения целей ........................................................................  292 
6.2.2. Модели отсчетов.....................................................................................  299 
6.3. Оценка траекторных параметров  по фиксированной выборке.   
Экстраполяция траекторных параметров......................................................  304 
6.4. Рекуррентная оценка траекторных параметров.............................................  313 
6.4.1. Основные соотношения калмановской фильтрации............................  313 
6.4.2. Стационарный режим калмановского фильтра....................................  318 
6.4.3. Состоятельность калмановского фильтра ............................................  319 
6.4.4. (α-β)-Фильтры.........................................................................................  323 
6.4.5. Расширенный фильтр Калмана..............................................................  325 
6.5. Сопровождение маневрирующих целей.........................................................  328 
6.6. Селекция отсчетов............................................................................................  335 
6.6.1. Селекция отсчетов методом стробирования ........................................  338 
6.6.2. Алгоритм селекции отсчетов  по минимальному отклонению  
от центра строба......................................................................................  342 
6.6.3. Алгоритмы сопоставления и привязки отсчетов  к траекториям  
в многоцелевой ситуации.......................................................................  343 
6.7. Обнаружение траекторий.................................................................................  345 
6.7.1. Общие положения...................................................................................  345 
6.7.2. Вероятность ложного обнаружения траектории..................................  349 
6.7.3. Вероятность правильного  обнаружения траектории..........................  353 
6.8. Завязка траекторий...........................................................................................  355 
Контрольные вопросы......................................................................................  358 

7. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ  В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ 
СИСТЕМАХ................................................................................................. 359 
7.1. Принципы построения радиолокационных систем.......................................  359 
7.1.1. Задачи и условия функционирования РЛС...........................................  359 
7.1.2. Принципы получения радиолокационной информации  
и построения РЛС...................................................................................  362 
7.2. Классификация радиолокационных систем ...................................................  367 
7.3. Тактико-технические характеристики радиолокационных систем..............  369 
7.3.1. Тактические характеристики РЛС.........................................................  369 
7.3.2. Технические характеристики РЛС ........................................................  371 

Оглавление 
—————————————————————————————————— 

8 

7.4. Обобщенная структурная схема радиолокационных систем........................  375 
7.4.1. Основные системы для получения  радиолокационной 
информации.............................................................................................  375 
7.4.2. Дополнительные системы......................................................................  379 
7.5. Формирование отраженного радиолокационного сигнала...........................  381 
7.5.1. Вторичное излучение электромагнитных волн.  Эффективная 
площадь рассеяния целей.......................................................................  381 
7.5.2. Эффективная площадь рассеяния  при различных соотношениях 
размеров цели и длины волны...............................................................  383 
7.5.3. Характер вторичного излучения и эффективная площадь 
рассеяния радиолокационных целей.....................................................  389 
7.5.4. Формирование отраженного радиолокационного сигнала   
для различных моделей целей...............................................................  393 
7.6. Особенности обработки радиолокационных сигналов  на фоне 
стационарного аддитивного гауссовского белого шума..............................  400 
7.6.1. Общие сведения о современных методах обработки ..........................  400 
7.6.2. Обработка одиночных и пачечных импульсных сигналов   
без внутриимпульсной модуляции........................................................  402 
7.6.3. Обработка частотно-модулированных радиоимпульсов.....................  405 
7.6.4. Обработка фазоманипулированных радиоимпульсов.........................  412 
7.7. Основные виды помех активной радиолокации ............................................  415 
7.7.1. Естественные и взаимные маскирующие активные помехи   
и принципы защиты от них....................................................................  416 
7.7.2. Искусственные маскирующие активные помехи,  особенности их 
воздействия и способы создания...........................................................  418 
7.7.3. Уравнение радиолокации, дальность действия и зоны видимости 
РЛС при воздействии маскирующих стационарных активных 
помех........................................................................................................  420 
7.7.4. Пассивные маскирующие помехи и способы их создания .................  423 
7.8. Методы защиты от маскирующих активных помех......................................  425 
7.8.1. Основные направления защиты РЛС  от маскирующих активных  
помех........................................................................................................  426 
7.8.2. Методы некогерентной и когерентной компенсации помех...............  428 
7.8.3. Практические схемы автокомпенсаторов.............................................  431 
7.9. Методы защиты от пассивных маскирующих помех....................................  440 
7.9.1. Основные различия сигналов целей  и пассивных маскирующих 
помех........................................................................................................  440 
7.9.2. Оптимальное обнаружение сигнала на фоне пассивной помехи   
в виде стационарного небелого шума...................................................  444 
7.9.3. Череспериодное вычитание — способ создания  гребенчатых 
фильтров подавления .............................................................................  449 
7.10. Методы стабилизации уровня ложных тревог.............................................  454 
7.11. Основные характеристики некоторых современных радиолокационных 
 станций ............................................................................................................  458 
7.11.1. РЛС управления  воздушным движением ..........................................  458 
7.11.2. РЛС обнаружения, наведения и целеуказания на средних и 
  больших высотах ..................................................................................  459 

 Оглавление 
—————————————————————————————————— 

9 

7.11.3. РЛС обнаружения  маловысотных целей ...........................................  460 
7.11.4. РЛС наведения  зенитных управляемых   ракет.................................  461 
7.11.5. РЛС и комплексы разведки на поле боя .............................................  462 
7.11.6. РЛС подповерхностного зондирования..............................................  463 
7.11.7. РЛС противоракетной обороны...........................................................  463 
7.11.8. Корабельные РЛС .................................................................................  464 
7.11.9. Авиационные (самолетные) РЛС ........................................................  464 
Контрольные вопросы......................................................................................  465 

8. СПУТНИКОВЫЕ РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ  
И ИНФОРМАЦИОННЫЕ  ТЕХНОЛОГИИ НА ИХ ОСНОВЕ............... 467 
8.1. Общие сведения................................................................................................  467 
8.2. Принципы радионавигации. Радионавигационные системы наземного 
базирования......................................................................................................  468 
8.2.1. Основные понятия и определения.........................................................  468 
8.2.2. Методы радионавигационных измерений ............................................  470 
8.3. Спутниковые радионавигационные системы. История создания, 
принципы построения и функционирования ................................................  477 
8.3.1. СРНС первого поколения.......................................................................  477 
8.3.2. СРНС второго поколения........................................................................ 482 
8.4. Методы навигационно-временных определений, используемые в 
глобальных навигационных спутниковых системах....................................  485 
8.4.1. Методы НВО, основанные на измерении задержки сигнала..............  485 
8.4.2. Методы, основанные на измерении доплеровского сдвига ................  489 
8.5. Основные принципы построения и функционирования глобальных 
навигационных спутниковых систем.............................................................  492 
8.5.1. Обобщенная структурная схема ГНСС.................................................  492 
8.5.2. Подсистема НКА ГЛОНАСС.................................................................  492 
8.5.3. Подсистема НКА GPS ............................................................................  497 
8.6. Подсистема контроля и управления глобальных навигационных 
спутниковых систем. Системы времени, координат и модели Земли, 
используемые в глобальных навигационных спутниковых системах........  499 
8.6.1. Подсистема контроля и управления ГЛОНАСС..................................  499 
8.6.2. Наземный комплекс управления GPS...................................................  503 
8.6.3. Системы времени, координат и модели Земли, используемые  
в ГНСС.....................................................................................................  505 
8.7. Структура сигналов и сообщений глобальных навигационных 
спутниковых систем........................................................................................  511 
8.7.1. Характеристики навигационных сигналов ГЛОНАСС .......................  511 
8.7.2. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений 
ГЛОНАСС...............................................................................................  513 
8.7.3. Характеристики навигационных сигналов GPS...................................  520 
8.7.4. Структура навигационных сигналов и навигационных сообщений 
GPS...........................................................................................................  520 
8.8. Навигационная аппаратура потребителя........................................................  524 
8.8.1. Обобщенная структурная схема АП .....................................................  524 
8.8.2. Радиочастотный блок .............................................................................  525 

Оглавление 
—————————————————————————————————— 

10 

8.8.3. Принципы и устройства первичной обработки навигационного 
сигнала.....................................................................................................  529 
8.8.4. Вторичная обработка навигационной информации.............................  546 
8.8.5. Одноэтапные алгоритмы обработки сигналов в АП............................  549 
8.8.6. Вспомогательные и сервисные функции навигационного 
процессора................................................................................................ 551 
8.8.7. Интерфейс с внешними потребителями ................................................ 552 
8.8.8. Пример современной АП ........................................................................ 552 
8.9. Точность навигационно-временных определений по сигналам 
глобальных навигационных спутниковых систем........................................  554 
8.9.1. Потенциальная точность НВО по сигналам ГНСС. Основные 
источники погрешностей измерений....................................................  554 
8.9.2. Погрешности, вносимые аппаратурой НКУ ГНСС .............................  555 
8.9.3. Погрешности, вносимые на трассе распространения сигнала от 
НКА до АП..............................................................................................  557 
8.9.4. Погрешности АП ....................................................................................  560 
8.9.5. Геометрический фактор .........................................................................  564 
8.10. Относительные измерения и дифференциальная коррекция  
  в глобальных навигационных спутниковых системах ...............................  566 
8.10.1. Принципы относительных измерений ................................................ 567 
8.10.2. Дифференциальная коррекция в ГНСС .............................................. 575 
8.11. Аппаратура для определения угловой ориентации объектов.....................  585 
8.11.1. Способы описания угловой ориентации объектов ............................ 585 
8.11.2. Принцип определения угловой ориентации объектов по сигналам 
  ГНСС ...................................................................................................... 587 
8.12. Радиоинтерферометрический метод измерения угловых координат.........  588 
8.13. Достижимая точность угловых измерений в аппаратуре потребителя 
глобальных навигационных спутниковых систем........................................  592 
8.14. Пример реализации угломерной аппаратуры потребителя ........................  593 
8.15. Комплексированные системы навигации.....................................................  595 
8.15.1. Принципы инерциальной навигации ................................................... 595 
8.15.2. Оптимальная (глубокоинтегрированная) ИСНС................................. 599 
8.15.3. Тесносвязанная ИСНС........................................................................... 600 
8.15.4. Слабосвязанная и разомкнутая ИСНС................................................. 602 
8.16. Проект «Галилео»...........................................................................................  604 
8.16.1. Орбитальная группировка ГНСС «Галилео» ..................................... 604 
8.16.2. Основные режимы работы и виды услуг ГНСС «Галилео» .............. 606 
8.16.3. Частотный план и структура сигналов ГНСС «Галилео» ................. 607 
8.16.4. Общая оценка проекта «Галилео» ....................................................... 610 
8.17. Информационные технологии на основе глобальных навигационных 
спутниковых систем........................................................................................  611 
8.17.1. Транспортные информационно- управляющие системы, 
использующие сигналы ГНСС .............................................................. 611 
8.17.2. Вторичные эталоны времени и частоты на основе АП ГНСС .......... 614 
8.17.3. Использование ГНСС в геодезии и для мониторинга деформации 
  земной поверхности .............................................................................. 615 
Контрольные вопросы......................................................................................  617 

 Оглавление 
—————————————————————————————————— 

11 

9. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ  ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ... 618 
9.1. Структурная схема и основные характеристики  цифровых 
радиотехнических систем передачи информации ........................................  618 
9.2. Каналы связи.....................................................................................................  622 
9.3. Модели каналов связи......................................................................................  626 
9.3.1. Физическая модель непрерывного канала связи..................................  626 
9.3.2. Математическая модель непрерывного канала связи..........................  635 
9.3.3. Математические модели дискретных каналов связи...........................  637 
9.4. Передача и прием дискретных сообщений ....................................................  640 
9.4.1. Модуляция и демодуляция. Модемы..................................................... 640 
9.4.2. Передача и прием дискретных сообщений  в каналах  
с замираниями.........................................................................................  650 
9.4.3. Передача и прием дискретных сообщений в каналах с небелым 
шумом......................................................................................................  657 
9.5. Помехоустойчивое кодирование и декодирование .......................................  665 
9.5.1. Принципы построения кодеков .............................................................  665 
9.5.2. Линейные блочные коды........................................................................  669 
9.5.3. Непрерывные (сверточные) коды..........................................................  682 
9.5.4. Сигнально-кодовые конструкции. Прием сигналов в целом..............  691 
9.6. Многоканальные и многоадресные системы .................................................  694 
9.6.1. Принципы многостанционного доступа...............................................  694 
9.6.2. Системы с временным разделением......................................................  698 
9.6.3. Системы с частотным разделением.......................................................  701 
9.6.4. Асинхронные адресные системы...........................................................  702 
9.7. Синхронизация в системах передачи  дискретной информации..................  710 
9.7.1. Принципы построения и основные характеристики  систем  
синхронизации........................................................................................  710 
9.7.2. Фазовая синхронизация модемов..........................................................  714 
9.7.3. Тактовая синхронизация модемов.........................................................  721 
9.7.4. Цикловая и кадровая синхронизация....................................................  725 
9.7.5. Синхронизация модемов с широкополосными сигналами .................  731 
Контрольные вопросы......................................................................................  735 

10. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИСТЕМ 
ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ ....................................................................737 
10.1. Основные задачи теории информации ......................................................... 737 
10.2. Количество информации в дискретных сообщениях. Энтропия 
 источника дискретных сообщений ............................................................... 738 
10.3. Избыточность сообщений. Экономное кодирование .................................. 746 
10.4. Пропускная способность дискретных каналов с шумом ............................ 748 
10.5. Взаимная информация в непрерывных сообщениях. Дифференциальная 
 энтропия. Эпсилон-энтропия ......................................................................... 749 
10.6. Пропускная способность непрерывных каналов с аддитивным шумом ... 755 
10.7. Теорема кодирования для канала с помехами ............................................. 758 
  Контрольные вопросы..................................................................................... 759  

Оглавление 
—————————————————————————————————— 

12 

11. ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ .........760 
11.1. Системы спутниковой связи .......................................................................... 760 
11.1.1. Состав и назначение систем спутниковой связи ................................ 760 
11.1.2. Энергетика спутниковых линий .......................................................... 768 
11.1.3. Бортовые ретрансляционные комплексы спутников связи ............... 774 
11.1.4. Земные станции спутниковой связи .................................................... 781 
11.1.5. Сети станций VSAT .............................................................................. 784 
11.1.6. Системы персональной подвижной спутниковой связи .................... 789 
11.2. Системы наземной подвижной связи ............................................................ 793 
11.2.1. Общая характеристика ......................................................................... 793 
11.2.2. Этапы развития систем сотовой связи ................................................ 798 
11.2.3. Принципы функционирования сотовых систем подвижной связи .. 801 
11.2.4. Особенности  радиоканалов в системах подвижной связи ............... 808 
11.2.5. Методы борьбы с влиянием многолучевого распространения  
  в системах подвижной связи ................................................................ 809 
11.2.6. Аналоговые системы сотовой подвижной связи ................................ 814 
11.2.7. Цифровые системы сотовой подвижной связи .................................. 815 
11.2.8. Система сотовой подвижной связи CDMA ........................................ 822 
11.3. Перспективы развития спутниковых и сотовых систем  подвижной 
 связи ................................................................................................................. 831 
11.3.1. Основные подходы к развитию сотовых систем третьего 
  поколения .............................................................................................. 831 
11.3.2. Особенности стандартов систем CDMA третьего поколения .......... 833 
11.3.3. Спутниковая составляющая для мобильных систем третьего 
  поколения .............................................................................................. 835 
Контрольные вопросы ...................................................................................... 837 

 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.............................................................................................838 
ЛИТЕРАТУРА ............................................................................................. 840 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Двадцатое столетие было веком зарождения и бурного развития ра-
диотехнических систем (РТС), без которых невозможно представить повсе-
дневную деятельность и развитие человеческого общества. Радиотехниче-
ские системы широко используют практически во всех сферах государст-
венного управления, в промышленности, на транспорте и в связи, в сельском 
хозяйстве, в сфере образования, науки, культуры и других областях.  
Изучение современных информационных технологий в РТС является 
важным этапом вузовской подготовки радиоинженера. Однако в последнее 
время такая подготовка встречает определенные трудности, основными из 
которых являются следующие. 
1. Количество типов радиотехнических систем, различных по виду и 
назначению, непрерывно растет. Например, для передачи информации применяют 
системы тропосферной, радиорелейной, спутниковой и сотовой связи, 
системы радиовещания и телевидения, радиотелеметрические системы, 
системы передачи команд и др. Для извлечения информации используют 
такие системы, как радиолокационные и навигационные, дистанционного 
зондирования окружающей среды, разведки ископаемых и состояния поверхности 
Земли, радиотехнической разведки и др. Непосредственное изучение 
по отдельности каждого класса систем не всегда оправдано. 
2. Информационные технологии, применяемые в РТС, интенсивно 
развиваются, особенно в течение последних 15—20 лет. Широкое применение 
цифровых методов формирования и обработки сигналов, использование 
интегральной и функциональной электроники, гибридных интегральных 
схем, твердотельных СВЧ-устройств позволяют существенно расширить 
возможности РТС, увеличить объем перерабатываемой и используемой информации 
и многообразие решаемых задач. В последнее время разработаны 
и используются адаптивные РТС, которые могут приспосабливаться к 
внешней помеховой и целевой обстановке, к условиям распространения ра-
диоволн и т. д. Все это не нашло должного отражения в учебниках и учеб-
ных пособиях для технических вузов. 
3. Работ, посвященных применению информационных технологий в 
современных и перспективных РТС, достаточно много. Однако большинст-
во из них опубликовано в журнальных и ведомственных изданиях. В силу 
ограниченного тиража они мало доступны студенту вуза или начинающему 
инженеру. Исключение составляет учебник для вузов «Радиотехнические 

13

Предисловие 
—————————————————————————————————— 

14 

системы» под ред. Ю.М. Казаринова, написанный коллективом кафедры 
радиотехнических систем Санкт-Петербургского государственного электро-
технического университета. 
Создание единого учебника или учебного пособия, в котором были бы 
охвачены все стороны РТС, затруднительно. Однако основные информацион-
ные технологии для большого класса систем являются общими. Настоящее 
учебное пособие посвящено изложению этих информационных технологий. 
Оно предназначено в какой-то мере восполнить перечисленные пробелы. 
В основу книги положены материалы лекций, которые авторы читают 
в течение многих лет студентам МГТУ им. Н.Э. Баумана; ранее опублико-
ванные учебные пособия и оригинальные работы авторов; результаты науч-
но-исследовательских работ в области РТС различного назначения, выпол-
ненных с участием авторов; материалы научно-технических семинаров сек-
ции «Информационные технологии в радиолокации» Научного совета 
«Новые информационные технологии» Отделения информатики, вычисли-
тельной техники и автоматизации РАН, проводимых в МГТУ им. Н.Э. Бау-
мана под руководством проф. И.Б. Федорова; работы отечественных и зару-
бежных специалистов, приведенные в списке литературы. 
При написании глав 4 и 7 с любезного разрешения Я.Д. Ширмана ис-
пользованы материалы справочника «Радиоэлектронные системы: основы 
построения и теория» / Я.Д. Ширман, Ю.П. Лосев, Н.Н. Минервин и др.; 
Под ред. Я.Д. Ширмана. М.: ЗАО «Маквис», 1998.  
Пособие соответствует программам следующих учебных дисциплин: 
«Статистическая теория радиотехнических систем» (направление подготовки 
дипломированных специалистов 210300 «Радиотехника», специальность 
210302 «Радиотехника»), «Радиолокационные системы», «Радионавигационные 
системы», «Радиосистемы передачи информации» (направление подготовки 
дипломированных специалистов 210300 «Радиотехника», специальность 
210304 «Радиоэлектронные системы»). Оно может быть использовано 
при изучении курсов специализации по системам радиоуправления, вторичной 
и третичной обработке радиолокационных сигналов, средствам радиоэлектронной 
защиты и др. 
По сравнению с предыдущим изданием (2004) существенно дополнена и 
переработана глава 8, посвященная спутниковым радионавигационным системам. 
Даны сведения о современном состоянии орбитальных группировок и характеристиках 
используемых и перспективных модификаций навигационных 
космических аппаратов ГЛОНАСС и GPS, а также используемых и перспективных 
типах навигационных сигналов. Приведены описания современных образцов 
навигационной аппаратуры потребителя. Наряду с традиционными 
(двухэтапными) алгоритмами обработки навигационной информации описаны 
новые — одноэтапные — алгоритмы, основанные на использовании многомер-

Предисловие 
—————————————————————————————————— 

15 

ных калмановских фильтров, осуществляющих совместную фильтрацию сиг-
налов от всех видимых спутников. Значительно переработаны разделы, касаю-
щиеся комплексированных навигационных систем, а также проекта «Галилео». 
Кроме того, в небольшом объеме введены новые материалы в главы 4 
и 6. Глава 4 дополнена изложением вопросов, связанных с формированием 
нелинейно-частотно-модулированных сигналов и обсуждением их функций 
рассогласования, а в главу 6 включен материал по сопровождению маневри-
рующих целей. 
Учебное пособие состоит из одиннадцати глав. Глава 1 является ввод-
ной. В ней обсуждается роль радиотехнических систем в современном об-
ществе и тенденции развития радиотехнических систем, приводится клас-
сификация РТС, рассматриваются тактико-технические характеристики, 
энергетические соотношения в таких системах. 
В главах 2—6 изложены вопросы статистической теории радиотехни-
ческих систем: основы теории статистических решений, обнаружение, раз-
личение и разрешение сигналов, а также измерение параметров сигналов, в 
том числе изменяющихся за время наблюдения. 
Главы 7—9 посвящены современным информационным технологиям, 
которые применяются в трех важнейших  видах РТС: радиолокационных 
системах, спутниковых радионавигационных системах и системах передачи 
информации. 
В главе 10 изложены основы теории информации: взаимная и собст-
венная информация сообщений, энтропия, пропускная способность каналов, 
экономное кодирование. 
В главе 11 рассмотрены вопросы построения  и особенности работы 
спутниковых и сотовых систем передачи информации. 
Главы 1—3 написаны А.И. Сениным, А.А. Кузнецовым и И.Б. Федоро-
вым, глава 4 — А.И. Николаевым, глава 5 — В.А. Родзивиловым и А.И. Ни-
колаевым, глава 6 — И.Б. Федоровым, Г.П. Слукиным и Д.Д. Дмитриевым, 
глава 7 — А.И. Николаевым, глава 8  — И.Б. Власовым и В.Б. Пудловским, 
глава 9 — В.А. Васиным, В.В. Калмыковым, Ю.Н. Себекиным, А.И. Сениным 
и И.Б. Федоровым, глава 10 — А.И. Сениным, глава 11 — В.В. Калмыковым и 
В.А. Васиным.  Общее редактирование выполнено И.Б. Федоровым. 
Авторы выражают глубокую признательность рецензентам проф. 
Е.М. Сухареву и коллективу кафедры «Радиотехнические системы» 
МТУСИ (зав. кафедрой проф. Ю.С. Шинаков) за многочисленные полезные 
советы, которые были учтены авторами. 
Будем признательны читателям за все замечания по содержанию кни-
ги, которые следует направлять по адресу: 105005, Москва, 2-я Бауманская 
ул., 5. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Авторы 

СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

ААС  
—  асинхронные адресные системы 
АМ  
—  амплитудная модуляция (манипуляция) 
АП  
—  аппаратура потребителя 
АПВ  
—  апостериорная плотность вероятности 
АС  
—  абонентская станция 
АЦП  
— аналого-цифровой преобразователь 
БРТК  
—  бортовой ретрансляционный комплекс 
БРТР 
—  бортовой ретранслятор 
БС  
—   базовая станция 
ВКФ  
—  взаимная корреляционная функция 
ВО  
—  вторичная обработка 
ГСО 
— геостационарная орбита 
ГЦСК  
—  геоцентрическая система координат 
ДК  
—  дифференциальная коррекция 
ДМ  
—  дифференциальный метод 
ДН  
—  диаграмма направленности 
ДЧ 
—  диапазон частот 
ЗС  
—  земная станция 
ИКМ  
—  импульсно-кодовая модуляция 
КИК  
—  контрольно-измерительный комплекс 
КИС  
—  командно-измерительная система 
КС 
—  космическая станция 
КФ  
—  корреляционная функция 
ЛРП  
—  линейная рекуррентная последовательность 
ЛЧМ  
—  линейная частотная модуляция 
МДВР  
—  многостанционный доступ с временны' м разделением  
МДКР  
—  многостанционный доступ с кодовым разделением 
МДПР  
—  многостанционный доступ с пространственным разделением 
МДЧР  
—  многостанционный доступ с частотным разделением 
МСД  
—  многостанционный доступ 
НВО  
—  навигационно-временн ы' е определения 
НИ  
—  навигационная информация 
НКА  
—  навигационный космический аппарат 
НКС  
—  непрерывный канал связи 
НП  
—  навигационный параметр 
НС  
—  навигационное сообщение 
ОП  
—  отношение правдоподобия 
ОФ  
—  обеляющий фильтр 

16 

Список основных сокращений 
—————————————————————————————————— 

17 

ОФМ  
—  относительная фазовая модуляция (манипуляция) 
ПКТ 
— представление каналов по требованию 
ПРЧ  
—  перестройка рабочей частоты 
ПС 
—  передвижная станция 
ПСП  
—  псевдослучайная последовательность 
ПСС 
— подвижная спутниковая связь 
РЛИ  
—  радиолокационная информация 
РЛС  
—  радиолокационная система (станция) 
РНП  
—  радионавигационный параметр 
РПН  
—  радиолокатор подсвета и наведения 
РСС 
— радиовещательная спутниковая служба 
РТР  
—  ретранслятор 
РТС  
—  радиотехническая система 
РЭС  
—  радиоэлектронная система 
СВЧ  
—  сверхвысокочастотный (диапазон) 
СДЦ  
—  селекция движущихся целей 
СКО  
—  среднеквадратическое отклонение 
СПИ  
—  система передачи информации 
СПРС 
— система подвижной радиосвязи 
СРНС  
—  спутниковая радионавигационная система 
ССПС 
—  сотовая система подвижной связи 
ССС 
—  система спутниковой связи 
СУС 
— станция управления сетью 
СФ  
—  согласованный фильтр 
ТЦСК  
—  топоцентрическая система координат 
ФАП  
—  фазовая автоподстройка 
ФАПЧ  
—  фазовая автоподстройка частоты 
ФАР  
—  фазированная антенная решетка 
ФМ  
—  фазовая модуляция (манипуляция) 
ФСС 
—  фиксированная спутниковая служба 
ЦАП  
—  цифроаналоговое преобразование 
ЦКПС 
— центр коммутации подвижной связи 
ЦС  
—  центральная станция 
ЦСС 
—  центральная спутниковая станция 
ЦУСС 
— центр управления системой связи 
ЧАП  
—  частотная автоподстройка 
ЧМ  
—  частотная модуляция (манипуляция) 
ЧПВ  
—  череспериодное вычитание 
ШВ  
—  шкала времени 
ЭИ  
—  эфемеридная информация 
ЭПР  
—  эффективная площадь рассеяния 
GMSK 
— гауссовская частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом 
GPS  
—  (Global Positioning System) — глобальная система местоопределения 
GSM  
— (Global System for Mobile Communication) — глобальная система мобильной 
связи 

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 

В  
—  база сигнала 
с  
—  скорость света 
D 
—  вероятность правильного обнаружения 
Dx  
—  дисперсия случайной величины x 
d 
—   кодовое расстояние 
E  
—  энергия сигнала 
Fc  
—  ширина спектра сигнала 
FД 
—  доплеровская частота 
Fл.т 
—  вероятность ложной тревоги 
F(·) 
—  функция распределения 
f 
—  частота 
Δf 
—  полоса пропускания 
G 
—  коэффициент усиления антенны 
G( f ), G(ω)  —  спектральная плотность мощности процесса 
H0 
—  гипотеза 
H1 
—  альтернативная гипотеза 

2
0
/
h
E N
=
 —  отношение энергии сигнала E к односторонней спектральной плот-

  ности мощности белого шума N0 
h(t) 
—  импульсная характеристика 
h  
—  высота 
I0(·) 
—  модифицированная функция Бесселя нулевого порядка 
K( jω) 
—  комплексная частотная характеристика 
l(u) 
—  отношение функций правдоподобия 
M{·} 
—  операция вычисления математического ожидания 
N( f ) 
—  спектральная плотность мощности помехи 
n(t) 
—  помеха 
p 
—  вероятность 
Pош 
—  средняя вероятность ошибки 
Pc 
—  мощность сигнала 
Pпер 
—  мощность передатчика 
Pш 
—  мощность шума 
q2  
—  отношение сигнал—шум 
r 
—  расстояние 

18 

Введение 
—————————————————————————————————— 

19 

R 
—  скорость передачи информации 
Rn(τ) 
—  корреляционная функция случайного процесса n(t) 
rn(τ) 
—  нормированная корреляционная функция случайного процесса n(t) 
rij 
—  коэффициент взаимной корреляции 
s(t)  
—  полезный сигнал 
Tп 
—  период повторения импульсов 
Tc 
—  длительность сигнала 
t  
—  время 
u(t) 
—  входной сигнал 
vr 
—  радиальная скорость 
w(·) 
—  плотность распределения вероятностей 
x(t) 
—  сигнал 
α  
—  угол места цели 
β  
—  азимут цели 
λ  
—  длина волны 
δ(·) 
—  дельта-функция 
σц  
—  эффективная площадь рассеяния цели 
σ 
—  среднеквадратическое отклонение 
σ2 
—  дисперсия гауссовского случайного процесса 
τ  
— временнáя задержка 
ω  
—  круговая частота 
П(·) 
—  функция потерь 
П  
—  плотность потока мощности 

Список основных обозначений 

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ  
О РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ 

Показана роль радиотехнических систем в современном обществе, дана их 
классификация по назначению, характеру сообщений, используемым диапазонам 
частот и модулируемому параметру сигналов.  Приведены тактико-
технические характеристики радиотехнических систем и энергетические 
соотношения в таких системах. Рассмотрены тенденции развития радиотехнических 
систем. 

1.1. Роль радиотехнических систем в современном обществе  

По мере развития человеческого общества возникают все бóльшие 
требования к быстрому обмену информацией, ее извлечению, обработке и 
накоплению. Рост объема производства сопровождается увеличением номенклатуры 
изделий, углублением специализаций и т. п. При этом потребность 
в обмене информацией растет пропорционально квадрату коэффициента 
расширения производства. Необходимость обмена информацией в хозяйственной 
сфере возрастает ежегодно примерно на 10...15 %. Управление 
хозяйственной деятельностью в масштабах предприятий, объединений и 
отраслей, а также государства в целом также невозможно без обмена информацией. 

С развитием транспорта, особенно воздушного и морского, возникает 
необходимость более интенсивного обмена информацией о погоде, заявках, 
получении сведений о местоположении и движении самолетов и кораблей. 
Повышение благосостояния и культурного уровня человечества при-
вело к тому, что потребность в обмене информацией между людьми возрас-
тает быстрее, чем увеличивается численность населения. Решение задачи 
обеспечения информационных потребностей общества возлагается на сис-
темы и аппаратуру передачи, извлечения, обработки и накопления инфор-
мации. Грандиозные успехи в развитии общества были бы немыслимы без 
этих технических средств, к которым, в первую очередь, относятся различ-
ные радиотехнические системы (РТС). 

20