Проектирование радиотелеметрической системы с требуемым числом каналов, заданной точностью и заданной дальностью связи, страница 3

le='text-align:center;line-height:150%'>,

где - эффективная шумовая температура приемника, - температура внешних источников. К внешним шумам относятся: радиоизлучение атмосферы, космоса, тепловые шумы Земли и антенны. Эффективная шумовая температура приемника определяется по типам усилителей ВЧ. В соответствии с частотами поднесущих, выбираем =10 К и =1000 К (для бортовых систем).

=10+1000=1010 К

     Найдем спектральную плотность шума:

Вт/Гц

в)Тип антенн и их параметры

           При заданной дальности связи 55000000 км применяют направленные антенны. Для выбранного диапазона частот используем параболические антенны, поскольку они достаточно просты и имеют малый вес в случае использовании их на КЛА. Диаметр бортовой передающей антенны составляет 2,5-5 м ,выберем =5м. Диаметр антенны наземной станции 3-75м, выберем =50м.

          Расчет :

       1) Длина волны:

       2) -коэффициент направленного действия антенны

             -эффективная площадь раскрыва антенны

            Определим значение произведения , где R- радиус                         приемной антенны, D-диаметр передающей антенны.

        =дБ

г) Вид модуляции параметры радиосигнала

         Наиболее распространенным способом преобразования непрерывных сообщений в цифровую форму является кодово-импульсная модуляция (КИМ), при которой из непрерывного сообщения берутся отсчеты с определенным интервалом, таким, чтобы по отсчетам можно было восстановить сообщение с требуемой точностью. Отсчеты квантуются по уровню, и передаче подлежат номера уровней квантования, представляемые двоичным кодом. Будем считать, что двоичный код – прямой. Значность кода “k” и число уровней квантования  связаны соотношением  . В результате непрерывное сообщение преобразуется в поток двоичных символов, который поступает на вход дискретного канала связи. Операции, связанные с преобразованием непрерывного сообщения, поступающего от датчика, осуществляются в АЦП. Двоичные символы с выхода дискретного канала связи подаются на ЦАП, преобразующий кодовые комбинации в отсчеты, по которым производится восстановление переданного сообщения.

       Для передачи двоичных символов в данном проекте используется частотная модуляция КИМ-ЧМн с частотами поднесущих  F1=3970 МГц. Структура видеосигнала с КИМ представлена на (рис.9)

КИ –канальный интервал

АИ- адресный интервал

ЗИ – защитный интервал
                                                                                                        рис.9

Сигнал с частотной модуляцией представлен на (рис.10)

                                                                 Рис.10

            Расчет:

 1) Частота дискретизации :, где  - ширина спектра сообщений.

По ТЗ =8 Гц, примем  Гц

2) Период кадра:

3) По ТЗ число каналов , два дополнительных канала используем для синхронизации , тогда канальный интервал равен:

       

4) Число уровней квантования : , где , 2%-точность передачи

E=2*0,005=0,01 , 

, отсюда , , следовательно n=6

5) Время импульса(адресный интервал): 

6) Ширина спектра излучаемого сигнала :                                                                                                           

7) Относительная нестабильность несущей частоты передатчика:

                                

8) Доплеровская частота : , - радиальная скорость между передатчиком и приемником, примем =11.2 км/c,

 

9) Полоса пропускания приемника:

             

10) Мощность шума:

                  

д) Расчет мощности передатчика, выбор типа электронного прибора.

         В соответствии с уравнением дальности связи, мощность сигнала на входе приемника определяется: , где r - дальность связи, Pпер - мощность излучения передатчика, - коэффициент направленного действия антенны передатчика, - эффективная площадь приемной антенны.

       Из уравнения дальности выводится исходное соотношение для определения мощности излучения передатчика при требуемом отношении сигнал/шум    и скорости передачи R.

                        

            - коэффициент,  учитывающий уменьшение скорости, принимает значение прядка 0.6-0.9, примем  =0,7.

            - системный запас, выбирают в пределах 2-10 , примем =3

              определяется в соответствии с вероятностью ошибки двоичного символа p. Допустимая вероятность ошибки в канале связи при общей заданной величине ошибки передачи p= , тогда = 10

                                                                                                             Рис.11

                  Из теории информации известно, что пропускная способность дискретного канала определяется:

                            

                          

          Скорость передачи информации:

          Определяем требуемую мощность передатчика :

            ;

             Такую мощность передатчика могут обеспечить усилительные каскады на биполярных транзисторах.

              =9.7*

               

                       g=10log

            g(дБ)= 10log(gвх)=18 дБ

            Частотная эффективность :

         

             Информационная эффективность:

             

             Энергетическая  эффективность:

           

ж) Способы синхронизации и выбор формы синхросигнала

        Система синхронизации в РСПИ определяет следующие параметры синхросигнала:

1)  фазу высокочастотного несущего колебания (фазовая синхронизация)

2)  временные границы принимаемых посылок (тактовая синхронизация)

3)  моменты времени, соответствующие началу и концу групповых сигналов в многоканальной СПИ (кадровая синхронизация)

   Системы тактовой, кадровой и цикловой синхронизации связаны по фазе между собой (синхронны)

    Для синхронизации в данном проекте выделены отдельно 2 канала. В качестве синхросигнала используется 13-разрядный код Баркера. (рис. 12)

Рис.12

Код Баркера с основанием М=7 и соответствующая ему функция автокорреляции.

5.Заключение .

     Требования ТЗ выполнены, спроектирована радиотелеметрическая система с требуемым числом каналов, заданной точности и заданной дальности связи. Спроектированная система имеет высокую скорость передачи данных и простоту кодировки информации. Однако имеет широкую полосу пропускания из-за большого числа каналов.

     Пути дальнейшей доработки системы заключаются в следующем: применение кодирования с большим основанием, применение устройства устранения избыточности, использование помехоустойчивых кодов для передачи информации, увеличение коэффициента использования площади антенн, уменьшение аппаратных погрешностей и др.

6.Литература.

1)Тепляков И.М., Калашников Н.Д. «Радиолинии космических систем передачи информации» М,; Сов.радио, 1975.390с

2) «Проектирование радиотехнических систем передачи информации»: Учеб.пособие/ Н.Г. Свиридов; РРТИ, Рязань,1990.64с.

3) Пенин П.И. « Системы передачи цифровой информации». М. Сов.радио, 1969.312с.

 4) Сиверс А.П. «Основы космической радиоэлектроники». М.; Сов.радио,1969.312с.