Реферат: Радиолиния передачи цифровой командной информации с наземного пункта управления на борт ИСЗ
Название: Радиолиния передачи цифровой командной информации с наземного пункта управления на борт ИСЗ Раздел: Рефераты по радиоэлектронике Тип: реферат | ||||||
Московский ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ Авиационный Институт имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ (технический университет) Кафедра 402 “радиосистемы управления и передачи информации” Курсовой проект на тему
Москва 2011 год Содержание Задание.. 3 Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ФМ... 3 Основной тракт радиолинии.. 4 Система фазовой автоподстройки частоты (ФАП) 5 Система посимвольной синхронизации.. 7 Определение параметров имитационной модели.. 9 Анализ результатов расчета и моделирования.. 10 Литература.. 10 Выполнить системное проектирование командной радиолинии (КРЛ) «Земля - ИСЗ» на основе исходных данных об ожидаемых сеансах связи. Выбрать параметры радиосигнала, способ кодирования, структуру и параметры передающих и приемных трактов радиолинии, обеспечивающих выполнение заданных технических условий. Задать требования на проектирование подсистемы символьной синхронизации и подсистемы захвата и выделения несущей частоты. Подтвердить принятые решения имитационным моделированием. Сравнить спроектированную радиолинию с радиолинией оптимальной для заданного сигнала. Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ФМ В цифровой системе передачи информации с радиосигналом КИМ-ФМ необходимо оценить точность передачи сообщения и выбрать основные параметры радиолинии, определяющие точность. Известно, что в системе непрерывно последовательно передаются команды, либо ведется прием телеметрических данных Рисунок 1 . Функциональная схема радиолинии КИМ-ФМ Необходимо знать - скорость передачи информации R (двоичных единиц в секунду), энергетический потенциал радиолинии, закон изменения несущей частоты из-за нестабильности передатчика и движения передающего и принимающего пунктов. Предполагается также, что символы в КИМ сигнале могут считаться независимыми, а априорная вероятность появления нуля и единицы одинакова. Функциональная схема рассматриваемой радиолинии представлена как Рисунок 1. Сообщение В приемном устройстве после преобразования и усиления происходит синхронное детектирование (перемножение). Опорное напряжение для синхронного детектора вырабатывает система ФАП. Продетектированный видеосигнал интегрируется. После интегратора сигнал поступает по основному тракту на решающее устройство. Здесь в определенные моменты времени В качестве показателя точности основного тракта принимается вероятность неправильной оценки символа
( В качестве внешнего воздействия на систему будем рассматривать собственный шум приемника, заданный энергетическим потенциалом Основной тракт радиолинииАнализ основного тракта радиолинии целесообразно начать с выяснения принципиальной возможности получить приемлемые результаты в заданных условиях. Дело в том, что энергетический потенциал и скорость передачи информации, значения которые заданы, уже определяют минимально возможную вероятность искажения символа. Если вероятность искажения сигнала окажется слишком большой, то не имеет смысла рассчитывать реальную радиолинию, которая, разумеется, будет еще хуже. Вероятность ошибки при оценке символа в сигнале КИМ-ФМ для оптимальной обработки равна
Рассмотрим прохождение сигнала через основной тракт приемного устройства (Рисунок 1), полагая, что вспомогательные системы (ФАП и тракт синхронизации) работают идеально. В этом случае сигнал детектируется в синхронном детекторе независимо от шума. После прохождения интегратора сигнал искажается, как показано на Рисунок 2 (штриховой линией). На этом рисунке отмечены также моменты Рисунок 2 . Сигнал на выходе линии КИМ-ФМ Оптимальная система предполагает наличие интегратора со сбросом, который интегрирует напряжение с выхода синхронного детектора в течение времени, отведенного на передачу символа. Моменты, в которые производится оценка символа, следует при этом брать в конце каждого разряда. Однако это возможно только в том случае, когда в системе имеется точная посимвольная синхронизация (именно точную посимвольную синхронизацию мы и будем использовать
). Иначе ошибки синхронизации приведут к тому, что почти в половине случаев оценка будет происходить не в конце данного разряда, а в начале следующего, что, в свою очередь, приведет к возрастанию вероятности ошибок в оценке символа. Чем ближе к середине будут взяты моменты Система фазовой автоподстройки частоты (ФАП)Рассмотрим теперь условия, при которых обеспечивается нормальная работа вспомогательных трактов. Опорное напряжение для синхронного детектора вырабатывается с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАП). Получение опорного напряжения предсавляет собой особую техническую задачу. Для этой цели невозможно использовать независимый гетеродин в приемном устройстве, так как его колебания практически не будут когерентными с несущей сигнала. Причиной является уходы частоты из-за нестабильности генератора, долеровское смещение частоты из-зи движения пункта передачи или приема и т. д. Для обеспечения когерентности гетеродина в приемнике необходимо синхронизировать приходящим сигналом. Первый способ создания когерентного опорного напряжения – способ который мы и будем реализовывать.
Когда в спектре сигнала имеется компонента на несущей частоте
фаза опорного сигнала должна совпадать с фазой несущей. Чаще, однако, имеет место случай, когда специально делают Таким образом, часть энергии передатчика расходуется для работы канала синхронизации. Это, естественно, ухудшает условия выделения полезного сообщения по сравнению с идеальным случаем. Другая трудность, связанная с выделением компоненты на несущей частоте из сигнала ИМ-ФМ, возникает из-за того, что вблизи частоты
Другой способ создания когерентного опорного напряжения основан на выделении нужного колебания из сигнала после предварительного снятия модуляции. Пусть в спектре сигнала ИМ-ФМ не содержится несущая, т. е. Технически применение последовательного умножения и деления частоты оказывается неудобным. Разработан рад практически более удобных схем, позволяющих реализовать тот же принцип. Имеются и другие достаточно простые схемы. Однако всем им присущ общий недостаток: они не исключают перехода синхронного детектора в обратный режим работы. Действительно, фаза опорного напржения, полученного в результате деления частоты, всегда будет иметь неопределенность на И так, при рассмотрении основного тракта выделения сообщений предполагается, что фазовые ошибки в канале опорного напряжения достаточно малы. Теперь рассмотрим один из главных параметров - полосу захвата
Если частота несущей сигнала заранее известна с большой ошибкой, то приходится в систему ФАП дополнительно вводить устройство поиска, перестраивающее гетеродин до тех пор, пока частота сигнала не окажется в полосе захвата. Однако в нашем случае мы будем считать, что несущая частота нам заранее известна с малой ошибкой.
Время поиска Система посимвольной синхронизацииПосимвольная синхронизация используется при посимвольном приеме кодовых слов и обеспечивает разделение элементарных сигналов, соответствующих различным позициям кодового слова. Требования к точности посимвольной синхронизации зависят от используемого способа обработки элементарных информационных сигналов в приемнике. При обработке, близкой к оптимальной, а она в нашем случае именно такая, необходимо достаточно точное определение границ этих сигналов. Требования к точности синхронизации возрастают с уменьшением длительности элементарных сигналов. Рисунок 3 . Функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации Для выделения сигналов посимвольной синхронизации непосредственно используется последовательность принимаемых информационных символов. На Рисунок 3 показана функциональная схема инерционной системы посимвольной синхронизации. В результате дифференцирования сигнала Анализ таких систем имеет целью определить флюктуации моментов временных меток относительно положения, соответствующих идеальной работе. В качестве показателя точности можно взять среднеквадратическую ошибку, которая для нормальной работы должна быть много меньше длительности одного символа. Определение параметров имитационной модели 1) Источник дискретных сообщений: - дискретные независимые сообщения с заданными вероятностями появления в источнике V(1) = 4; - количество различных сообщений JU = 32; - вероятность появления различных значений сообщения A(1...18) = 0.055; 2) Кодирующее устройство: - двоичный безызбыточный код V(2) = 1; - количество символов NS = 5; 3) Радиоканал: - радиоканал, использующий сигнал КИМ-ФМ и приемный тракт с линейным усилением, синхронным детектором и интегратором V(7) = 1, V(9) = 1; - девиация фазы равна - длительность интегрирования, отнесенная к длительности символа A(171) = 0.8, т. е. время интегрирования равно длительности символа; 4) Аддитивные помехи: - широкополосная шумовая помеха. На входе радиоканала такая помеха представляет собой “белый” шум. - параметром модели помехи является дисперсия 5) Замирание амплитуды сигнала (фединг): - замирания амплитуды отсутствует V(6) = 1; 6) Временное положение меток системы символьной синхронизации: - флюктуация временного положения меток отсутствуют (символьная синхронизация идеальная) V(3) = 1; - номинальное положение метки 7) Флюктуация фазы опорного напряжения синхронного детектора: - идеальный синхронный детектор V(4) = 0; 8) Декодирующее устройство: - однопороговое распознание двоичных символов и декодирование кодовых слов с помощью метрики Хэмминга V(8) = 1; - порог A(191) = 0; 9) Продолжительность эксперимента: - продолжительность машинного эксперимента определяется объемом исследуемой выборки сообщений (кодовых слов). Возьмем количество слов равное количеству команд переданных за сеанс связи M = 3000; 10) Дополнительные параметры: - IX = 7. Анализ результатов расчета и моделирования Расчеты, проведенные при выборе базового варианта радиолинии, дали следующие показатели достоверности приема информации: · вероятность ошибки символа – · вероятность отказа от декодирования – · вероятность ошибки кодового слова – В результате моделирования получены следующие оценки достоверности: · вероятность ошибки символа – · вероятность отказа от декодирования – · вероятность ошибки кодового слова – При моделировании была взята выборка Заметим, что результаты расчета и моделирования более чем близки по своим значениям, при этом показатели в обоих случаях удовлетворяют ТЗ . Оценим точность статического эксперимента при моделировании, учитывая количество независимых испытаний в данном эксперименте их 3000. · вероятность ошибки символа равна · вероятность отказа от декодирования равна · вероятность ошибки кодового слова равна Подведем итог. Все получившиеся различия в результатах расчета и моделирования, являются неизбежными, так как всего в нашей с вами жизни не учтешь. 1. “Теория и проектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977. 2. “Основы радиоуправления”, под ред. В. А. Вейцеля и В. Н. Типугина. – М.: Сов. радио, 1973. 3. “Радиотехнические системы передачи информации”, П. И. Пеннин, Л. И. Филиппов. – М.: Радио и связь, 1984. 4. “Автоматизированная модель радиолинии с цифровой передачей информации”, уч. пособие, В. А. Вейцель, С. С. Нужнов. – М.: МАИ, 1985. 5. “Методические указания к курсовому проекту «Радиолинии с цифровой передачей информации»”, авт.-сост. В. А. Вейцель, А. И. Куприянов, М. И. Жодзишский. – М.: МАИ, 1987. [1] см. “Теория и проектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977. стр. 202 |