РефератыНаука и техникаПрПроектирование командно-измерительной радиолинии

Проектирование командно-измерительной радиолинии

системы управления летательным аппаратом


Техническое задание


Спроектировать командно-измерительную линию, взяв в качестве основы функциональную схему, изображенную на рис. 1 при следующих исходных данных:


Время сеанса связи не более 10 минут.


За сеанс требуется передать по информационному каналу не менее 105
символов при вероятности ошибки на символ не больше 10-3
.


В сеансе требуется измерить дальность с ошибкой не более 20 м при точности прогноза 50 км.


Энергетический потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума) на входе приемника — 104
Гц.


Несущая частота радиолинии — 103
МГц.


Занимаемый радиолинией диапазон частот не более 0,5 МГц.


Априорная неизвестность частот в сигнале до 10-5
от номинала.


Дополнительные условия


Точность и достоверность измерений и передачи информации определяются в основном шумом.


Шумовые ошибки в запросной и ответной линии дальномера можно считать одинаковыми.


Дальномер должен выдавать независимые отсчеты дальности с интервалом в 1 секунду.


В результате расчета должны быть выбраны следующие основные параметры подсистем передающего и приемного трактов:


частота задающего генератора в передающем тракте;


скорость передачи информационных символов;


параметры фазового модулятора передатчика;


число каскадов в генераторах ПС-кода;


параметры системы ФАПЧ в приемнике;


полоса пропускания ВЧ-преобразователя в приемнике;


полосы пропускания полосового ограничителя и ФНЧ в аппаратуре разделения каналов;


параметры системы тактовой синхронизации в аппаратуре декодирования.


Спектры используемых сигналов



Рис. 1. Спектр ПШС



Рис. 2. Спектр сигнала тактовой синхронизации



Рис. 3. Правая половина спектра сигнала в радиолинии



Рис. 4. Спектр сигнала на несущей


Выбор параметров системы


Шумовая полоса ФАПЧ


Положим, что на режим захвата можно выделить 10% времени сеанса (1 мин.). Диапазон неизвестности частоты задан, как 10-5
от номинала 1 ГГц, т. е. поиск надо вести в полосе . Для надежности этот диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход будет совершаться за время Тп
=10 с. Отсюда получим требуемую скорость перестройки частоты:. Для надежного захвата сигнала при такой скорости требуется ФАПЧ с достаточно малой инерционностью (широкой шумовой полосой). Шумовая полоса будет опре­де­лять­ся по формуле:



Необходимая мощность гармоники на несущей частоте из условия нормальной работы ФАПЧ в режиме слежения


Дисперсия шумовой ошибки определяется по формуле:



где: GШ
— спектральная плотность шума на входе ФАПЧ (Вт/Гц), РСН
— мощность гармоники на несущей частоте. Положим , тогда необходимо иметь:



В техническом задании указан полный энергетический потенциал радиолинии — 104
Гц. Следовательно, на гармонику с несущей частотой следует выделить от полной мощности сигнала. Мощность гармоники на несущей: . Учитывая, что полная мощность сигнала КИМ-ФМн-ФМ будет , имеем .


Оценка необходимой мощности сигнала в информационном канале


На режим приема в сеансе остается 9 минут. За это время надо передать 105
символов. Значит длительность одного символа ТПС
<540·10-5
с. Информация передается третьим членом в спектре сигнала. Соответствующая мощность:



где hи
— часть мощности, затрачиваемая на передачу информации. Вероятность ошибки не должна превышать 10-3
, поэтому (из интеграла вероятности): РСИ
/GШИ
>890 Гц.



Выбор девиации фазы в фазовом модуляторе передатчика


Из предыдущих расчетов имеем:




Решив эти трансцендентные уравнения, получим: mC
=1,085 рад., mИ
=1 рад.


Распределение мощности

между компонентами сигнала


Выше было найдено, что на несущую приходится 0,13, а на информацию — 0,089 полной мощности сигнала. Мощность сигнала синхронизации будет определяться по формуле:



Выбор тактовой частоты,обеспечивающей заданную точность измерения дальности


Дальность измеряется по сигналу символьной синхронизации, имеющему остроугольную сигнальную функцию. Максимальная ошибка по дальности будет определяться по формуле:



где с — скорость распространения радиоволн; k2
=10 — коэффициент запаса; b=3/tИ
– крутизна наклона главного пика сигнальной функции; Q0
=Рсс
Тизм
— энергия сигнала (время измерения — 1 с). Общая ошибка по дальности (20 м) поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, DRmax
=10 м. Зная это, найдем, что tИ
<4,4·10-5
с. Следовательно, тактовая частота 2Fт
должна быть меньше величины 1/tИ
=22,7 кГц


Выбор параметров задающего генератора и генератора ПШС


Выберем необходимое число символов в ПШС (nпс
):



Ближайшее целое число, удовлетворяющее этому условию — 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит 42,5 мкс и тактовая частота 2Fт
=23,53 кГц.


Проверка надежности работы ФАПЧ в режиме захвата и выделения несущей


Проверим, не будут ли мешать гармоники сигнала, лежащие рядом с несущей частотой. Полоса ФАПЧ выбрана шириной 80 Гц и в процессе поиска просматривается диапазон ±10 кГц около несущей.


Полоса частот, связанная с модуляцией несущей сигналом КИМ-ФМн, отстоит на частоту 4Fт
=±47,06 кГц и в полосу поиска не попадает.


В режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосой ФАПЧ ±40 кГц. Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1/Тпс
=185 Гц и в полосу ФАП не попадает.


Проверим, не может ли произойти ложный захват ФАПЧ гармоникой, связанной с модуляцией несущей синхросигналом. Они находятся в полосе ФАПЧ и могут селектироваться только по амплитуде. Амплитуда Аmax
наибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей в полосу поиска:



где Аm
— амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362UН
, т. е. почти в 100 раз больше по мощности, что обеспечивает легкую селекцию.


Определение необходимых полос пропускания фильтров в приемном тракте


Полосовой ограничитель должен пропускать сигнал КИМ-ФМн. В спектре сигнала UД
(t) после синхронного детектора сигнал расположен вблизи частоты 47,06 кГц и занимает полосу примерно (4… 5)/ТПС
=1 кГц. При нестабильности частоты 10-5
от номинала частотный сдвиг не превысит 500 Гц. Следовательно, полосовой ограничитель должен быть настроен на частоту 47,06 кГц и иметь полосу пропускания около 1 кГц.


ФНЧ канала синхронизации выделяет синхросигнал. Считая, что полоса занимаемых частот соответствует примерно 12FТ
, находим необходимую полосу фильтра в 142 кГц.


Высокочастотный преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число полезных компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее ±12FТ,
к этому надо добавить нестабильность несущей (±10 кГц). Следовательно, полоса должна быть порядка 2(142+±10) кГц= =300 кГц. Эта же величина определяет занимаемый радиолинией диапазон частот.


Проверка выполнения требований ТЗ по необходимой точности прогноза дальности



Рис. 5. Сигнальная функция синхросигнал


В задании указана точность прогноза дальности 50 км. Это обеспечивает прогноз по задержке ±0,333·10-3
с. Поскольку Тпс
=5,4·10-3
с, а tи
=4,25·10-5
с, в диапазон исследуемых задержек может попасть только один большой пик сигнальной функ­ции и большое число малых пиков высотой 1/nпс
. Надежные измерения обеспечиваются только при условии:



Зная, что в данном случае



видим, что это условие выполняется с большим запасом. Таким образом, заданная точность прогноза при выбранных параметрах сигнала надежно обеспечивает однозначное определение дальности.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Проектирование командно-измерительной радиолинии

Слов:1012
Символов:8608
Размер:16.81 Кб.