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

Министерство образования и науки РФ

РГРТУ

Кафедра РТС

Пояснительная записка к курсовому проекту

по курсу “Радиотехнические системы”

на тему:

Радиотелеметрическая система

Выполнил:ст. гр. 9112

                                                           Мельниченко В.В

                                                       Проверил:

                                                              Свиридов Н.Г.

Рязань 2013

Содержание.

1. Введение
2. Обзор способов передачи и способов приема сообщений. Выбор и обоснование способов передачи и приема.
3. Выбор и обоснование структурной схемы системы.
4. Выбор и расчет основных технических характеристик системы:

·  Диапазон излучаемых частот.

·  Характеристика и параметры помех.

·  Тип антенн и их параметры.

·  Вид модуляции и параметры радио сигнала.

·  Расчет мощности передатчика, выбор типа электронного прибора.

·  Тип усилителя радиочастоты.

·  Способы синхронизации и выбор формы синхросигнала.

5. Заключение.
6. Литература.

1.Введение.

            Развитие ракетно-космической техники и непрерывно расширяющиеся программы космических исследований поставили перед техникой радиосвязи  ряд новых задач. К их числу относятся:

--обеспечение устойчивой и надежной связи на дальностях в сотни тысяч и миллионы километров;

--передача с борта космических объектов на пункты приема большого количества разнообразной информации.

         Для решения данных задач используются различные системы. Одними из таких систем являются радиотелеметрические системы, представляющие собой совокупность технических средств, обеспечивающих измерение и передачу результатов измерения с борта летательных аппаратов, а также регистрацию и обработку информации. Данные системы  являющиеся многоканальными, число каналов достигает нескольких тысяч. Существуют также малоканальные системы (5-20 каналов).

        В системах  используется временное и частотное разделение каналов. Временное разделение имеет преимущество перед частотным: меньшие перекрестные помехи между каналами, меньшие требования к линейности АХ передающего и приемного трактов радиолинии, более высокая помехоустойчивость.

       Подавляющее число систем используют временное разделение каналов, но в последнее время используется адресное разделение. Источник сообщения в телеметрических системах обладает большой избыточностью (более 90%), поэтому предусмотрены устройства устранения избыточности.

        Характерной особенностью современных телеметрических систем является большое число разнообразных измеряемых физических величин, высокая точность измерения и высокая точность передачи сообщений. Для этого предусматривается передача стабилизированного калибровочного сигнала. Системы используют аналоговые методы передачи и цифровые. Слабым местом систем с аналоговым методом является несоответствие между высокой скоростью поступления результатов измерения и низкой скоростью их обработки. Устранение этого несоответствия и привело к созданию цифровых телеметрических систем. Телеметрическая система бывает составной частью более крупных комплексов, но в данном проекте она будет рассмотрена как самостоятельная система.

2.Обзор способов передачи и способов приема сообщений.

    Выбор и обоснование способов передачи и приема.

          а)  Телеметрические радиолинии с частотным разделением каналов.

     Наиболее часто используются радиолинии ЧМ-ЧМ и ЧМ-ФМ, так как ЧМ поднесущих по сравнению с АМ обеспечивает существенное уменьшение перекрестных помех.

     Из-за нелинейности характеристик модулятора передатчика и демодулятора несущей частоты в приемнике, в спектре суммарного НЧ сигнала появляются комбинационные частоты. Их гармоники и гармоники поднесущих частот – это и есть перекрестные помехи. Правильным выбором номиналов поднесущих можно существенно снизить эти помехи. При небольшом числе широкополосных  и большом числе узкополосных  каналов, целесообразно использовать временное разделение одного или нескольких каналов поднесущих системы ЧМ-ЧМ. Это приводит к тройной модуляции вида КИМ-ЧМ-ЧМ или АИМ-ЧМ-ЧМ (рис.1).

                                                                  Рис.1

Д-датчик

ГП- генератор поднесущей

б)   Телеметрические радиолинии с временным разделением каналов.

        Временное разделение каналов используют подавляющее число систем. Оно базируется на теореме Котельникова. Из этого следует, что достаточно передавать не весь непрерывный сигнал, а только его значения в предельных точках.

      Сигнал восстанавливается при пропускании очень коротких импульсов с амплитудами, пропорциональными мгновенным отсчетам напряжения сигнала, через идеальный ФНЧ с частотой среза Fmax. Каждый импульс после ФНЧ преобразуется в импульс вида   таким образом, что максимум функции от одного импульса совпадает с нулями функции  от других импульсов (рис.2).

Рис.2

В космической телеметрии находят применение следующие системы:

А) с амплитудно-импульсной модуляцией(АИМ) в виде АИМ-ЧМ

Б) с временной импульсной модуляцией(ВИМ) в виде ВИМ-АМ

В) с широтно-импульсной  модуляцией(ШИМ) в виде ШИМ-ЧМ

Г) с частотно- импульсной модуляцией (ЧИМ)

Д) с кодово-импульсной модуляцией (КИМ)

        Наиболее широко применяются системы с КИМ-ЧМ и с КИМ-ФМ. Для системы с КИМ достигается наилучшая точность измерения порядка 0,1-0,3% . Единственным источником аппаратурной погрешности такой системы является погрешность преобразователя напряжения датчика в код, которую можно свести к минимуму.

       При выборе способов уплотнения каналов и методов модуляции нужно обеспечить высокую эффективность и использовать простую бортовую аппаратуру. При передаче большого числа данных используют временное уплотнение каналов, которое не требует большого числа генераторов поднесущих частот. При передаче малого числа данных используют частотное уплотнение каналов, позволяющее избежать сложной коммутации каналов. При временном уплотнении достигается точность выше 1%. Каналы коммутируются электромеханическими переключателями, со скоростью до 1000 раз в секунду, магнитными или электронными ключами и электроннолучевыми коммутаторами.

          Выбираем временное уплотнение каналов, т.к. по ТЗ задано число каналов - 280.

Информацию необходимо передавать сигналами, удобными для записи на борту и обработки на Земле. Методы модуляции несущей должны обеспечивать наибольшую помехоустойчивость. Данным требованиям удовлетворяет система с КИМ-ЧМ.

Основные пути оптимизации процессов телеизмерения.

Оптимизация процессов телеизмерения содержит два этапа:

1)определение текущего состава телеизмерения,

2)устранение избыточности в передаваемых сообщениях и передачи только нужной получателю информации.

Эти этапы определяют понятие адаптивной телеметрии. Функциональная схема передающей части такой радиолинии изображена на рис.3

                                                         Рис.3