|
Проектирование командно измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом
московский
государственный ордена ленина И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ
авиационный 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 20м при точности
прогноза 50км.
4. Энергетический
потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума) на входе
приемника— 104Гц.
5. Несущая
частота радиолинии— 103МГц.
6. Занимаемый
радиолинией диапазон частот не более 0,5МГц.
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
UПШСх2F(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 (1мин.). Диапазон неизвестности частоты
задан, как 10-5 от номинала 1ГГц, т.е. поиск надо вести
в полосе . Для надежности этот
диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход будет совершаться за время Тп=10с. 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— 104Гц.
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<540·10-5с. 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>890Гц.
Выбор девиации фазы в фазовом модуляторе передатчика
Из предыдущих расчетов имеем:
Решив эти трансцендентные
уравнения, получим: mC=1,085рад.,
mИ=1рад.
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=РссТизм— энергия сигнала
(время измерения— 1с). Общая ошибка по дальности (20м)
поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, DRmax=10м. Зная это,
найдем, что tИ<4,4·10-5с.
Следовательно, тактовая частота 2Fт
должна быть меньше величины 1/tИ=22,7кГц
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 42,5мкс и тактовая частота 2Fт=23,53кГц.
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 80Гц и в процессе поиска просматривается диапазон ±10кГц
около несущей.
· Полоса
частот, связанная с модуляцией несущей сигналом КИМ-ФМн, отстоит на частоту 4Fт=±47,06кГц и в полосу
поиска не попадает.
· В
режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосой ФАПЧ ±40кГц.
Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1/Тпс=185Гц 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
47,06кГц и занимает полосу примерно (4…5)/ТПС=1кГц. При нестабильности частоты 10-5
от номинала частотный сдвиг не превысит 500Гц. Следовательно, полосовой
ограничитель должен быть настроен на частоту 47,06кГц и иметь полосу пропускания
около 1кГц.
· ФНЧ
канала синхронизации выделяет синхросигнал. Считая, что полоса занимаемых
частот соответствует примерно 12FТ,
находим необходимую полосу фильтра в 142кГц.
· Высокочастотный
преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число полезных
компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее ±12FТ, к этому надо добавить нестабильность несущей (±10кГц).
Следовательно, полоса должна быть порядка 2(142+±10)кГц=
=300кГц. 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 50км. Это обеспечивает прогноз по задержке ±0,333·10-3с.
Поскольку Тпс=5,4·10-3с,
а tи=4,25·10-5с,
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. Рис.6. Структурная схема передающего тракта Рис.7. Структурная схема передающего тракта
|
|
|
