московский государственный ордена ленина И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИавиационный институт имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
(технический университет)
факультет радиоэлектроники ла
Кафедра 402
Отчет по практическим занятиям по курсу «Радиосистемы управления и передачи информации»
на тему
«Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом»
Выполнил: О. А. Левин и др.,
гр. 04-517
Преподаватель: В. В. Заикин
москва
1997
Техническое задание
Спроектировать командно-измерительную линию, взяв в качестве основы функциональную схему, изображенную на рис. 1 при следующих исходных данных:
1. Время сеанса связи не более 10 минут.
2. За сеанс требуется передать по информационному каналу не менее 105
символов при вероятности ошибки на символ не больше 10-3
.
3. В сеансе требуется измерить дальность с ошибкой не более 20 м при точности прогноза 50 км.
4. Энергетический потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума) на входе приемника — 104
Гц.
5. Несущая частота радиолинии — 103
МГц.
6. Занимаемый радиолинией диапазон частот не более 0,5 МГц.
7. Априорная неизвестность частот в сигнале до 10-5
от номинала.
Дополнительные условия
¾ Точность и достоверность измерений и передачи информации определяются в основном шумом.
¾ Шумовые ошибки в запросной и ответной линии дальномера можно считать одинаковыми.
¾ 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:
¾ частота задающего генератора в передающем тракте;
¾ скорость передачи информационных символов;
¾ параметры фазового модулятора передатчика;
¾ число каскадов в генераторах ПС-кода;
¾ параметры системы ФАПЧ в приемнике;
¾ полоса пропускания ВЧ-преобразователя в приемнике;
¾ полосы пропускания полосового ограничителя и ФНЧ в аппаратуре разделения каналов;
¾ параметры системы тактовой синхронизации в аппаратуре декодирования.
Спектры используемых сигналов
Рис. 1. Спектр ПШС
Рис. 2. Спектр сигнала тактовой синхронизации
U
ПШСх2F
(f)
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 Т
п
=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: G
Ш
— спектральная плотность шума на входе ФАПЧ (Вт/Гц), Р
СН
— 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 Т
ПС
<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): Р
СИ
/G
ШИ
>890 Гц.
Выбор деви
Из предыдущих расчетов имеем:
Решив эти трансцендентные уравнения, получим: m
C
=1,085 рад., m
И
=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; k
2
=10 — коэффициент запаса; b=3/tИ
– крутизна наклона главного пика сигнальной функции; Q
0
=Р
сс
Т
изм
— энергия сигнала (время измерения — 1 с). Общая ошибка по дальности (20 м) поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, DR
max
=10 м. Зная это, найдем, что tИ
<4,4·10-5
с. Следовательно, тактовая частота 2F
т
должна быть меньше величины 1/tИ
=22,7 кГц
Выбор параметров задающего генератора и генератора ПШС
Выберем необходимое число символов в ПШС (n
пс
):
Ближайшее целое число, удовлетворяющее этому условию — 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит 42,5 мкс и тактовая частота 2F
т
=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 4F
т
=±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/Т
пс
=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 А
max
наибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей в полосу поиска:
где А
m
— амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362U
Н
, 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 U
Д
(t)
после синхронного детектора сигнал расположен вблизи частоты 47,06 кГц и занимает полосу примерно (4… 5)/Т
ПС
=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 12F
Т
, находим необходимую полосу фильтра в 142 кГц.
· Высокочастотный преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число полезных компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее ±12F
Т,
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 Т
пс
=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/n
пс
. 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.
|
||
|
||