Цифровая радиолиния КИМ-ЧМ-ФМ (стр. 1 из 4)
Министерство общего и профессионального образования
РГРТА
Кафедра РУС
Курсовая работа на тему:
Цифровая радиолиния КИМ-ЧМ-ФМ
Рязань 2004
Содержание
1) Общая характеристика системы управления
2) Расчет и выбор основных технических характеристик системы
2.1 Определение частоты опроса
2.2 Определение разрядности квантователя
2.3 Выбор группового сигнала и расчет его параметров
2.4 Выбор несущей частоты передатчика
2.5 Расчет энергетического потенциала
3)Контур управления и его анализ
4)Разработка функциональной схемы радиолинии
4.1 Спектр сигнала КИМ-ЧМ-ФМ
4.2 Описание функциональной схемы передатчика
4.3 Описание функциональной схемы приемника
5) Конструкция бортового приемника
6) Заключение
7) Литература
1. Общая характеристика системы управления
сигнал дискретизация квантование кодирование приемник
Командное радиоуправление применяется для широкого класса летательных аппаратов. В системах командного радиоуправления команды вырабатываются на пункте управления и передаются на Л.А. по командной радиолинии.
В системах управления снарядами с помощью радиокоманд обеспечивается наведение снаряда по заданной траектории и выполнение разовых операций (перевод снаряда в режим самонаведение, аварийный подрыв и т.п.). В комплексах космических аппаратов радиокоманды используются для корректирующего управления движением центра масс К.А. и управление работой различной бортовой аппаратуры.
При формировании команд управления траекторией полета Л.А. используются данные, полученные с помощью визиров (средств наблюдения за Л.А. и целями).
Различают следующие системы командного радиоуправления 1): КРУ-1, КРУ-2 и КРУ-3. В системах КРУ-1 визир цели размещается на пункте управления, в системах КРУ-2- на борту Л.А.
Средства визирования цели, которые применяются в системах КРУ-1 и КРУ-2, могут существенно отличаться друг от друга. В системах КРУ-1 основным типом визира цели является активная радиолокационная станция. В системах КРУ-2 в качестве визира можно использовать радиолокационные, телевизионные, оптические и тепловые (инфракрасные) устройства. Применение телевизионной камеры на борту Л.А. повышает эффективность участия оператора в решении задачи селекции целей.
В системах КРУ-1 и КРУ-2 средства визирования Л.А. размещаются на пункте управления. Эти средства работают, как правило, в диапазоне сверхвысоких частот с использованием сигналов активного ответа, что повышает дальность действия таких визиров и точность измерений координат Л.А.
В системах следящего управления снарядами находит применение радиовизир снаряда, который представляет собой радиолокационные станции с активным ответом. Для определения координат космического аппарата используются системы траекторных измерений.
Требования к дальности действия визиров, составу измеряемых величин и точности измерений зависят от назначения системы.
В системах корректирующего радиоуправления К.А. необходимо оценить с высокой точностью либо значения начальных условий для определенного момента времени, либо значения параметров орбиты. Результаты первичных радиотехнических измерений здесь обрабатываются (вторичная обработка) в течение достаточно длительных интервалов времени.
В системах управления снарядами визиры цели, как правило, должны обеспечивать непрерывное получение оценок параметров движения в реальном масштабе времени (следящие оценки). Поскольку дальности в таких системах относительно невелики, то получение требуемых оценок с необходимой точностью технических трудностей обычно не вызывает.
В состав системы командного радиоуправления входят также вычислительные средства, размещаемые на пункте управления. Эти средства предназначаются для выполнения различных математических и логических операций, связанных с управлением Л.А.
В данной работе разрабатывается космическая система связи с КИМ-ЧМ-ФМ. Характер спектра сигнала с многоступенчатой модуляцией в значительной степени определяется спектром сигнала КИМ. Кодово-импульсная модуляция является наиболее распространенным методом цифрового преобразования аналоговых сигналов. При КИМ осуществляется три вида преобразований: дискретизация по времени исходного сигнала, квантование амплитуд дискретных отчетов сигнала и кодирование. Сформированные при дискретизации отчеты преобразуются в группы кодовых символов.
2. Расчет и выбор основных технических характеристик системы
2.1 Определение частоты опроса
Суть дискретизации по времени состоит в том, что непрерывное сообщение заменяется последовательностью его мгновенных значений (отсчетов), взятых в дискретных точках времени. При такой замене из рассмотрения исключается все множество значений непрерывной функции времени, находящихся внутри интервалов времени Tд. Полученная при этом функция имеет вид последовательности отсчетов, взятых в дискретные моменты времени.
Если непрерывная функция времени U(t) имеет спектр, ограниченный полосой частот от нуля до Fв, то эта функция полностью определена последовательностью своих мгновенных значений, взятых в моменты времени, отсчитываемые через интервалы Tд=1/2Fв.
В этом случае интерполирующая функция:
X(t)=sin2pFм(t-кТд)/2pFм(t-кТд);
То есть функция является идеальной интерполирующей функцией для сигнала с прямоугольным спектром. В этом случае частота дискретизации Fд=2Fм. Но это соотношение не может быть использовано на практике, потому что:
1) Сигналов с идеальным прямоугольным спектром нет.
2) Число выборок не равно бесконечности.
На практике частота дискретизации выбирается, исходя из соотношения:
Fд=2cFв, где Fв определяется формой спектра сигнала, в которой сосредоточена основная доля энергии, обычно 0,99. Коэффициент c зависит от вида интерполирующих полиномов и требуемых значений показателя верности. Задаемся 4-ой моделью сигнала (сигнал с колоколообразным спектром), полиномом 2-го порядка и приведенным показателем верности g=0,2% и получим:
c= 5.5/Ög=5,5/0,447=12,3
Отсюда
Fд=12,3*2*6=147,6 [Гц];
2.2 Определение разрядности квантователя
Предположим, что в результате дискретизации получена последовательность непрерывных величин x(nTд). Для передачи по цифровому каналу связи каждый отсчет необходимо проквантовать до конечного множества значений.
1) Дискретизация
2) Квантование
3) Кодирование
Расчет ведется из условия достижения заданного отношения с/ш. Зададимся отношением с/ш: g = 50 дБ;
В литературе показано, что отношение с/ш и разрядность информационного слова связаны следующим соотношением:
g = 3* N2кв/К2пф,
где Кпф – пик фактор сигнала.
Если учесть, что для синусоиды Кпф =Ö3 и мя используем двоичную систему счисления, то:
g = 20*r*log2 = 6r
Тогда r = g /6 = 50/6 =8
2.3 Выбор группового сигнала и расчет его параметров
Рис .1
Рисунок соответствует временному уплотнению и синхронной передаче последовательности командных слов одинаковой длительности в течение интервала времени длительностью ТКИ . Этот интервал разбит на равные интервалы длительностью ТКС , каждый из которых закреплен за определенным каналом радиолинии. Число таких интервалов соответствует числу каналов NК в радиолинии. В данной работе Nк=5. Разделение каналов при приеме обеспечивается путем передачи синхронизирующего слова длительностью ТСК. В данной радиолинии в качестве синхрослова выбран код Баркера. Он является лучшим в своем канале. Для уменьшения ошибок, возникающих при обнаружении синхронизирующего сигнала и определении его временного положения, АКФ синхросигнала имеет узкий центральный пик и малый уровень боковых лепестков.
Совокупность командных и синхронизирующих слов, занимающая интервал времени длительностью Тå=ТКИ+ТSK, называют кадром. Синхронизирующее слово передается в начале кадра и называется словом кадровой синхронизации. Это слово отличается от командных слов своей структурой. Этим самым обеспечивается возможность выделения в приемном тракте сигналов кадровой синхронизации, которые используются затем для разделения каналов.
Длительность канального сигнала Тå=1/FД=1/147,6=0,00678 [сек ]=6,78 [мс];
Имеем 5 каналов, количество элементарных передаваемых символов в каждом канале равно числу уровней квантования В=8. Таким образом, количество элементарных символов в информационном сигнале NИ=5*8=40. Длительность синхрослова составляет 50%-70% от информационного символа, отсюда Тå=1,5Тки. После чего получаем ТКИ=0,00678/1,5=0,00452 сек, а ТSK= Тå - ТКИ = 0.00226 сек Таким же образом посчитаем количество элементарных символов в кадре NК=NS+NИ .
NS=NИ/2=40/2=20 . Отсюда NК=20+40=60;
Длительность элементарного символа:
tО=TКИ/NК=0,00452/60= 75,3 [мкс];
Тактовая частота:
fТ=1/tО = 1/75,3=13,28 [кГц];
Вид группового сигнала:
| синхрослово | 1 канал | ……….. | 5 канал |
2.4. Выбор несущей частоты передатчика
Для радиолиний Земля – космос выделен диапазон 2025…2110 МГц. Низкие частоты этого диапазона целесообразно использовать для связи на небольшой высоте, т. к. при этом тропосферное и ионосферное ослабление сигнала минимально.
Выберем fнес = 2025 МГц.
Отсюда l= с/ fнес = 0,148 м.
2.5Расчет энергетического потенциала
Энергетическим потенциалом радиолинии называется отношение средней мощности сигнала РС к спектральной плотности шума GШ (мощности шума в полосе 1 Гц), пересчитанное ко входу приемника.