Расчет основных характеристик импульсно-фазовой радионавигационной системы "Лоран-С" и приемоиндикатора этой системы (стр. 3 из 5)

Отсчетное устройство схемы переменной задержки укажет значение промежутка Dtмежду моментами появления стробов с выхода ДЧ и стробов с выхода схемы переменной задержки Dt = t_спз– t_дч = t_В–t_A. Отсчет по огибающей индицируется на части барабанного счетчика, обозначенной на блок-схеме словом «Грубо».

Счетчик имеет декадную оцифровку, причем каждая единица крайнего правого барабана счетчика огибающей соответствует десяти микросекундам. Обе части барабанного счетчика дают единый однозначный отсчет разности запаздывания поверхностных сигналов ведомой станции по отношению к сигналам ведущей станции. Однозначность фазовых измерений в импульсно-фазовой системе обеспечивается, если ошибка отсчетов огибающей не будет превышать половины периода Т высокочастотного заполнения, т.е. Dt₀ < T₁/2= 5 мкс.

Реальная схема приемоиндикатора в режиме измерений имеет также устройство, осуществляющее фазовое кодирование опорных напряжений фазового и синхронного детекторов по закону фазового кода пакетов радиоимпульсов ведущей и ведомой станций.

Расчетная часть

1. По заданным и исходным данным рассчитать и построить графики форм сигналов U=f(t)

a) на входе приемника. Emax и Umax принять равным единице;

Огибающая излучаемых (и принимаемых) сигналов хорошо аппроксимируется экспоненциально-степенной функцией второй степени:

;

где E_max– амплитуда импульса;

Огибающая u(t) сигналов на выходе приемника может также аппроксимироваться экспоненциально-степенной функцией:

;

где U_max– амплитуда импульса;

t_m– промежуток времени от начала импульса до его максимума;

n – параметр аппроксимации;

Если приемник содержит n каскадов с одиночными контурами и имеет полосу пропускания П_пр на уровне 0,7, то параметры аппроксимации можно найти из формул:

t_m =(1,075+e^-1.26q+0,06

)*t_maxвх; ; ;

где q– безразмерный коэффициент;

t_m =(1,075+e^-1.26*1.675+0,06

)*67*10^-6 =87,3345 *10^-6 с

Принимая Emax и Umax равными единице, можем построить графики огибающих сигналов на входе и выходе приемника рис. 1.

С графика снимем значения времен при которых огибающая достигает уровней 0,3 и 0,5:

при уровне слежения 0,3: t_o = 34 мкс

при уровне слежения 0,5: t_o = 41 мкс

b)на выходе схемы синхронного детектора;

На выходе синхронного детектора сигнал будет иметь вид огибающей высокочастотного сигнала на выходе приемника.

c) на выходе схемы формирования «особой точки» при двух уровнях слежения 0,3 и 0,5

С выхода детектора видеоимпульс с огибающей подается на схему формирования напряжения, имеющего одну смену знака в пределах фронта радиоимпульса. Существует несколько методов формирования такого напряжения.

Наиболее широко применяются методы, эквивалентные следующему: видеоимпульс дифференцируется, усиливается и из получаемого напряжения вычитается недифференцированный видеосигнал.

Форму сигнала на выходе схемы формирования особой точки можно пронаблюдать построив график функции:

;

На рисунке 1 приведены графики сигналов для двух уровней слежения 0,3 и 0,5.

Рис. 1. Графики огибающих сигналов на входе / выходе приемника и на выходе схемы формирования особой точки при уровнях слежения 0,3 и 0,5.

2. Определить напряжённость поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника

Зона уверенного приема радиоволн зависит от интенсивности сигналов и от уровня атмосферных шумов. Атмосферные шумы создаются в основном грозовыми разрядами. Уровень атмосферных шумов зависит от географического расположения приемного пункта, сезона года и времени суток. Максимальные значения шумов имеют место в тропиках, где грозовая деятельность наиболее интенсивна. В ночное время уровень шумов также значительно больше, чем днем, ввиду лучших условий распространения радиошумов ночью.

Атмосферные шумы характеризуются быстрыми флюктуациями с большим динамическим диапазоном. Однако среднее за несколько минут значение интенсивности шумов остается практически постоянным в течение данного часа.

Эффективное значение помех Е в полосе пропускания приемника связано с коэффициентом F_аm соотношением:

E=Fa – 95,5+20 lg f+10 lg П_пр;

где f– несущая частота, МГц.

Зная свои координаты определим величину атмосферных помех F_а на частоте 1МГц по рис. 1.21. учебника [1]. Затем по рис. 1.22. того же учебника найдем величину атмосферных помех на частоте 100 кГц. Подставив значения в формулу получим:

E=110–95,5+20 lg 0,1+10 lg 25*10³=37,93 дБ;

Величина напряженности поля помех выражаются в децибелах относительно уровня 1 мкВ/м.

3. Определить при двух уровнях отчёта 0,3 и 0,5 допустимые соотношения с/ш на выходе приёмника

Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах определяется формулой:

;

где

;

Выразим отсюда отношение сигнал/шум

и посчитаем его при рад. (0,05 фазового цикла) для каждого из уровней слежения:

;

· при уровне слежения 0,3: t_o = 34 мкс

; дб;

· при уровне слежения 0,5: t_o = 41 мкс

; дб

Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей определяется формулой:

;

Выразим отношение сигнал/шум

и посчитаем его при мкс (половина периода высокочастотного заполнения) для каждого из уровней слежения:

;

· при уровне слежения 0,3: t_o = 34 мкс

·

;

дб;

· при уровне слежения 0,5: t_o = 41 мкс

·

;

дб;

Построить график соотношения с/ш на входе приёмника в зависимости от дальности. Из графика определить максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношения для каждого с/ш для каждого из уровней отсчёта.

Дальность приема поверхностных сигналов РНС «Лоран‑С» зависит главным образом от излучаемой мощности радиоимпульсов, уровня помех в точке приема, ширины полосы пропускания приемника судовой аппаратуры системы и подстилающей поверхности на трассе распространения радиоволн.

Для построения графика сигнал/шум на входе приемника воспользуемся рисунком 2.18. учебника [1]. Возьмем из графики зависимость напряженности поля поверхностных волн при излучаемой мощности 100кВт и пересчитаем его применительно к заданной мощности по формуле:

;

Затем, зная значение напряжённости поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника (вычисленного в пункте 2.5) определим отношение сигнал/шум.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Дальностьмили	Eпр100кВт дб	Eпр100кВт В/м	Eпр1340кВт В/м	Eпр1340кВт дб	Eс/Eшдб	Eс/Eшотношение
0	100	1,00E‑01	3,71E‑01	112,27	73,8	4360,03
200	81	1,27E‑02	4,58E‑02	93,27	54,8	551,07
400	68	2,52E‑03	9,21E‑03	80,27	41,8	111,48
600	57	7,1E‑04	2,63E‑03	69,27	30,8	30,87
800	48	2,79E‑04	1,07E‑03	60,27	21,8	13,21
1000	41	1,08E‑04	4,09E‑04	53,27	14,8	5,14
1200	34	4,53E‑05	1,79E‑04	46,27	5,8	1,87
1400	26	2,03E‑05	7,23E‑05	39,27	-0,2	0,82
1600	20	1,01E‑05	3,70E‑05	33,27	-7,2	0,47
1800	14	4,56E‑06	1,59E‑05	27,27	-14,2	0,21
2000	6	1,8E‑06	6,49E‑06	19,27	-22,2	0,07

Из графика (рис. 2.) определим максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношения для каждого сигнал/шум для каждого из уровней слежения.