Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом

московский государственный ордена ленина И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИавиационный институт имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

(технический университет)

факультет радиоэлектроники ла

Кафедра 402

Отчет по практическим занятиям по курсуВлРадиосистемы управления и передачи информацииВ»

на тему

ВлПроектированиекомандно-измерительной радиолиниисистемы управления летательным аппаратомВ»

Выполнил: О.ВаА.ВаЛевин и др.,

гр. 04-517

Преподаватель: В.ВаВ.ВаЗаикин

москва

1997

Техническое задание

Спроектировать командно-измерительную линию, взяв в качестве основы функциональную схему, изображенную на рис.Ва1 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 20Вам при точности прогноза 50Вакм.
Энергетический потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума) на входе приемникаВатАФ 104ВаГц.
Несущая частота радиолинииВатАФ 103ВаМГц.
Занимаемый радиолинией диапазон частот не более 0,5ВаМГц.
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.Ва1. Спектр ПШС

Рис.Ва2. Спектр сигнала тактовой синхронизации

UПШСх2F(f)

Рис.Ва3. Правая половина спектра сигнала в радиолинии

Рис.Ва4. Спектр сигнала на несущей

Выбор параметров системы Шумовая полоса ФАПЧ

Положим, что на режим захвата можно выделить 10% времени сеанса (1Вамин.). Диапазон неизвестности частоты задан, как 10-5 от номинала 1ВаГГц, т.Вае. поиск надо вести в полосе . Для надежности этот диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход будет совершаться за время Тп=10Вас. 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 опреВндеВнлятьВнся по формуле:

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

Дисперсия шумовой ошибки определяется по формуле:

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

В техническом задании указан полный энергетический потенциал радиолинииВатАФ 104ВаГц. 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<540В·10-5Вас. Информация передается третьим членом в спектре сигнала. Соответствующая мощность:

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

Выбор девиации фазы в фазовом модуляторе передатчика

Из предыдущих расчетов имеем:

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

Распределение мощности между компонентами сигнала

Выше было найдено, что на несущую приходится 0,13, а на информациюВатАФ 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 сВатАФ скорость распространения радиоволн; k2=10ВатАФ коэффициент запаса; β=3/τИ тАУ крутизна наклона главного пика сигнальной функции; Q0=РссТизмВатАФ энергия сигнала (время измеренияВатАФ 1Вас). Общая ошибка по дальности (20Вам) поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, ΔRmax=10Вам. Зная это, найдем, что τИ<4,4В·10-5Вас. Следовательно, тактовая частота 2Fт должна быть меньше величины 1/τИ=22,7ВакГц

Выбор параметров задающего генератора и генератора ПШС

Выберем необходимое число символов в ПШС (nпс):

Ближайшее целое число, удовлетворяющее этому условиюВатАФ 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит 42,5Вамкс и тактовая частота 2Fт=23,53ВакГц.

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 80ВаГц и в процессе поиска просматривается диапазон ±10ВакГц около несущей.

Полоса частот, связанная с модуляцией несущей сигналом КИМ-ФМн, отстоит на частоту 4Fт=±47,06ВакГц и в полосу поиска не попадает.
В режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосой ФАПЧ ±40ВакГц. Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1/Тпс=185ВаГц 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 АmВатАФ амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362UН, т.Вае. 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 47,06ВакГц и занимает полосу примерно (4тАжВа5)/ТПС=1ВакГц. При нестабильности частоты 10-5 от номинала частотный сдвиг не превысит 500ВаГц. Следовательно, полосовой ограничитель должен быть настроен на частоту 47,06ВакГц и иметь полосу пропускания около 1ВакГц.
ФНЧ канала синхронизации выделяет синхросигнал. Считая, что полоса занимаемых частот соответствует примерно 12FТ, находим необходимую полосу фильтра в 142ВакГц.
Высокочастотный преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число полезных компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее ±12FТ, к этому надо добавить нестабильность несущей (±10ВакГц). Следовательно, полоса должна быть порядка 2(142+±10)ВакГц= =300ВакГц. Эта же величина определяет занимаемый радиолинией диапазон частот.

Проверка выполнения требований ТЗпо необходимой точности прогноза дальности

Рис.Ва5. Сигнальная функция синхросигнал

В задании указана точность прогноза дальности 50Вакм. Это обеспечивает прогноз по задержке ±0,333В·10-3Вас. Поскольку Тпс=5,4В·10-3Вас, а τи=4,25В·10-5Вас, в диапазон исследуемых задержек может попасть только один большой пик сигнальной функВнции 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.

Вместе с этим смотрят:

Проектирование участка по изготовлению широкодиапазонного генератора импульсов
Промышленное применение лазеров
Пропускная способность канала
Пьезоэлектрики и их свойства