Реферат: Радиолиния передачи цифровой командной информации с наземного пункта управления на борт ИСЗ

МосковскийОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ Авиационный Институт имениСЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

(технический университет)

Кафедра 402

“радиосистемыуправления и передачи информации”

Курсовойпроект

на тему

Радиолиния передачи цифровой командной информации

с наземного пункта управления на борт ИСЗ

Выполнил:

студент группы 04-519

Гуренков Дмитрий

Проверил:

преподаватель

Большов О. А.

Москва DATE @ «yyyy»l * MERGEFORMAT 2008год

Содержание

TOC o «1-3» h z u Задание… PAGEREF _Toc70052760 h 3

Цифроваярадиолиния с сигналом КИМ-ФМ… PAGEREF _Toc70052761 h 3

Основнойтракт радиолинии… PAGEREF _Toc70052762 h 4

Системафазовой автоподстройки частоты (ФАП)PAGEREF _Toc70052763 h 5

Системапосимвольной синхронизации… PAGEREF _Toc70052764 h 7

Определениепараметров имитационной модели… PAGEREF _Toc70052765 h 9

Анализрезультатов расчета и моделирования… PAGEREF _Toc70052766 h 10

Литература… PAGEREF _Toc70052767 h 10

Задание

Выполнитьсистемное проектирование командной радиолинии (КРЛ) «Земля — ИСЗ» на основеисходных данных об ожидаемых сеансах связи.

Выбратьпараметры радиосигнала, способ кодирования, структуру и параметры передающих иприемных трактов радиолинии, обеспечивающих выполнение заданных техническихусловий. Задать требования на проектирование подсистемы символьнойсинхронизации и подсистемы захвата и выделения несущей частоты.

Подтвердитьпринятые решения имитационным моделированием.

Сравнитьспроектированную радиолинию с радиолинией оптимальной для заданного сигнала.

Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ФМ

В цифровой системе передачи информации с радиосигналомКИМ-ФМ необходимо оценить точность передачи сообщения и выбрать основныепараметры радиолинии, определяющие точность. Известно, что в системе непрерывнопоследовательно передаются команды, либо ведется прием телеметрических данных <img src="/cache/referats/17395/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">

Рисунок SEQРисунок * ARABIC 1. Функциональная схема радиолинииКИМ-ФМ

Необходимознать — скорость передачи информации R(двоичных единиц в секунду), энергетический потенциалрадиолинии, закон изменения несущей частоты из-за нестабильности передатчика идвижения передающего и принимающего пунктов. Предполагается также, что символыв КИМ сигнале могут считаться независимыми, а априорная вероятность появлениянуля и единицы одинакова.

Функциональнаясхема рассматриваемой радиолинии представлена как Рисунок1. Сообщение <img src="/cache/referats/17395/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> поступает на временнойкоммутатор, где квантуется по времени, превращаясь в сигнал АИМ. Далее впреобразователе «напряжение— код» вырабатывается сигнал КИМ, в котором вдвоичной форме закодирована амплитуда импульса АИМ и, следовательно, величинасообщения. Кодовое слово передается в течение времени <img src="/cache/referats/17395/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Вприемном устройстве после преобразования и усиления происходит синхронноедетектирование (перемножение). Опорное напряжение для синхронного детекторавырабатывает система ФАП. Продетектированный видеосигнал интегрируется.

Послеинтегратора сигнал поступает по основному тракту на решающее устройство. Здесьв определенные моменты времени <img src="/cache/referats/17395/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029">(0 или1). Для этого напряжение сигнала <img src="/cache/referats/17395/image012.gif" v:shapes="_x0000_i1030"> сравнивается с порогом<img src="/cache/referats/17395/image014.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> и принимается решениео наличии символа «1», если <img src="/cache/referats/17395/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> и о наличии «0», если <img src="/cache/referats/17395/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><img src="/cache/referats/17395/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1034">[1]. Моменты<img src="/cache/referats/17395/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1035"> определяются втракте символьной синхронизации. Оценки символов из решающего устройствапоступают на регистрацию и далее на систему вторичной обработки информации,где производится коррекция искаженных слов, выделение сообщения и оценка егопараметров.

Вкачестве показателя точности основного тракта принимается вероятностьнеправильной оценки символа (<img src="/cache/referats/17395/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1036"><img src="/cache/referats/17395/image023.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> могут быть получены идругие меры точности, как, например, вероятность ошибки в кодовом слове илисреднеквадратическая ошибка восстановленного сообщения.

Вкачестве внешнего воздействия на систему будем рассматривать собственный шумприемника, заданный энергетическим потенциалом <img src="/cache/referats/17395/image025.gif" v:shapes="_x0000_i1038">

Основной тракт радиолинии

Анализосновноготракта радиолиниицелесообразно начать с выяснения принципиальной возможности получить приемлемыерезультаты в заданных условиях. Дело в том, что энергетический потенциал искорость передачи информации, значения которые заданы, уже определяютминимально возможную вероятность искажения символа. Если вероятность искажениясигнала окажется слишком большой, то не имеет смысла рассчитывать реальнуюрадиолинию, которая, разумеется, будет еще хуже.

Вероятностьошибки при оценке символа в сигнале КИМ-ФМ для оптимальной обработки равна

<img src="/cache/referats/17395/image027.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> (1)

<img src="/cache/referats/17395/image029.gif" v:shapes="_x0000_i1040"> -мощность сигнала КИМ-ФМ, <img src="/cache/referats/17395/image031.gif" v:shapes="_x0000_i1041"> - длительность одного символа, <img src="/cache/referats/17395/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1042"> — спектральная плотностьшума. После расчета ошибки по формуле(1)может оказаться необходимым потребовать изменить исходные условия— увеличить энергетический потенциал илиуменьшить скорость передачи и только после этого приступить к расчету реальнойрадиолинии.

Рассмотримпрохождение сигнала через основной тракт приемного устройства (Рисунок 1), полагая, чтовспомогательные системы (ФАП и тракт синхронизации) работают идеально. В этомслучае сигнал детектируется в синхронном детекторе независимо от шума.

Послепрохождения интегратора сигнал искажается, как показано на Рисунок2 (штриховой линией). На этом рисунке отмечены такжемоменты<img src="/cache/referats/17395/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> которые взяты в середине каждого разряда.

Рисунок SEQРисунок * ARABIC 2. Сигнал на выходе линии КИМ-ФМ

Оптимальнаясистема предполагает наличие интегратора со сбросом, который интегрируетнапряжение с выхода синхронного детектора в течение времени, отведенного напередачу символа. Моменты, в которые производится оценка символа, следует приэтом брать в конце каждого разряда. Однако это возможно только в том случае,когда в системе имеется точная посимвольная синхронизация (именноточную посимвольную синхронизацию мы и будем использовать). Иначеошибки синхронизации приведут к тому, что почти в половине случаев оценка будетпроисходить не в конце данного разряда, а в начале следующего, что, в свою очередь,приведет к возрастанию вероятностиошибок в оценке символа. Чем ближе к середине будут взяты моменты<img src="/cache/referats/17395/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> тем меньше требования к точности посимвольнойсинхронизации.

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАП)

Рассмотримтеперь условия, при которых обеспечивается нормальная работа вспомогательныхтрактов. Опорное напряжение для синхронного детектора вырабатывается с помощьюсистемы фазовой автоподстройки частоты (ФАП).

Получение опорного напряжения предсавляет собой особуютехническую задачу. Для этой цели невозможно использовать независимый гетеродинв приемном устройстве, так как его колебания практически не будут когерентнымис несущей сигнала. Причиной является уходы частоты из-за нестабильностигенератора, долеровское смещение частоты из-зи движения пункта передачи илиприема и т. д. Для обеспечения когерентности гетеродина в приемникенеобходимо синхронизировать приходящим сигналом.

Первый способ создания когерентного опорного напряжения –способ который мы и будем реализовывать.Когда в спектре сигнала имеется компонента на несущейчастоте <img src="/cache/referats/17395/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1046"><img src="/cache/referats/17395/image039.gif" v:shapes="_x0000_i1047"> и <img src="/cache/referats/17395/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1048"> (где <img src="/cache/referats/17395/image043.gif" v:shapes="_x0000_i1049"> — коэффициент передачифазовой модуляции [рад/В], <img src="/cache/referats/17395/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1050"> — «1» в среднем занимаютстолько же времени, сколько «0»). Так, например, если принято <img src="/cache/referats/17395/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1051"> и, следовательно,гармоника на несущей частоте определяется как

<img src="/cache/referats/17395/image049.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> (2)

фазаопорного сигнала должна совпадать с фазой несущей.

Чаще, однако, имеет место случай, когда специально делают <img src="/cache/referats/17395/image051.gif" v:shapes="_x0000_i1053"><img src="/cache/referats/17395/image053.gif" v:shapes="_x0000_i1054"> от фазы несущейсигнала. Нетрудно видеть, что, уменьшая индекс фазовой модуляции (<img src="/cache/referats/17395/image055.gif" v:shapes="_x0000_i1055"><img src="/cache/referats/17395/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1056"> приходится проводитьисходя из противоречивых требований. Практически можно взять, например, <img src="/cache/referats/17395/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1057"> равной <img src="/cache/referats/17395/image058.gif" v:shapes="_x0000_i1058">

Таким образом, часть энергии передатчика расходуется дляработы канала синхронизации. Это, естественно, ухудшает условия выделенияполезного 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 <img src="/cache/referats/17395/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1059"> располагаютсясоставляющие передаваемого сообщения, которые могут попасть в опорный канал ивнести помехи в работу синхронного детектора. Тогда шумовая полоса ФАП <img src="/cache/referats/17395/image060.gif" v:shapes="_x0000_i1060"> должна быть выбранатак, чтобы удовлетворялось условие

<img src="/cache/referats/17395/image062.gif" v:shapes="_x0000_i1061"> (3)

Другой способ создания когерентного опорного напряженияоснован на выделении нужного колебания из сигнала после предварительного снятиямодуляции. Пусть в спектре сигнала ИМ-ФМ не содержится несущая,т. е. <img src="/cache/referats/17395/image047.gif" v:shapes="_x0000_i1062"> и <img src="/cache/referats/17395/image045.gif" v:shapes="_x0000_i1063"><img src="/cache/referats/17395/image037.gif" v:shapes="_x0000_i1064"> можно создать врезультате определенных нелинейных преобразований сигнала в опорном канале. Этипреобразования сводятся к последовательносму умножению и делению частотывходного сигнала на два.

Технически применение последовательного умножения и делениячастоты оказывается неудобным. Разработан рад практически более удобных схем,позволяющих реализовать тот же принцип. Имеются и другие достаточно простыесхемы. Однако всем им присущ общий недостаток: они не исключают переходасинхронного детектора в обратный режим работы. Действительно, фаза опорногонапржения, полученного в результате деления частоты, всегда будет иметьнеопределенность на <img src="/cache/referats/17395/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1065"><img src="/cache/referats/17395/image064.gif" v:shapes="_x0000_i1066"> при всякого родавнешних воздействиях, перерывах в связи и т. д. Неожиданный переход кобратному режиму является недопустимым искажением. Поэтому в сигнале приходитсяпредусматривать специальные контрольные посылки, которые обнаруживают обратнуюработу. Естественно, что на создание таких контрольных посылок затрачиваетсячасть энергии передатчика, что соответственно сказвается на выделении полезногосообщения.

И так,при рассмотрении основного тракта выделения сообщений предполагается, чтофазовые ошибки в канале опорного напряжения достаточно малы.

Теперьрассмотрим один из главных параметров — полосу захвата <img src="/cache/referats/17395/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1067"><img src="/cache/referats/17395/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1068">

<img src="/cache/referats/17395/image068.gif" v:shapes="_x0000_i1069"> (4)

Есличастота несущей сигнала заранее известна сбольшой ошибкой, то приходится в систему ФАП дополнительно вводить устройствопоиска, перестраивающее гетеродин до тех пор, пока частота сигнала не окажетсяв полосе захвата. Однако в нашем случае мы будем считать, что несущая частота нам заранееизвестна с малой ошибкой. Время поиска <img src="/cache/referats/17395/image070.gif" v:shapes="_x0000_i1070"> обычно ограничено.Поэтому скорость перестройки<img src="/cache/referats/17395/image072.gif" v:shapes="_x0000_i1071"> нельзя выбиратьочень малой. С другой стороны, при большой скорости и узкой полосе захватаможно пропустить сигнал. Это обстоятельство также ограничивает возможностьсужения полосы <img src="/cache/referats/17395/image066.gif" v:shapes="_x0000_i1072">

Система посимвольной синхронизации

Посимвольнаясинхронизация используется при посимвольном приеме кодовых слов и обеспечиваетразделение элементарных сигналов, соответствующих различным позициям кодовогослова. Требования к точности посимвольной синхронизации зависят отиспользуемого способа обработки элементарных информационных сигналов вприемнике. При обработке, близкой к оптимальной, а она в нашем случае именнотакая, необходимо достаточно точное определение границ этих сигналов.Требования к точности синхронизации возрастают с уменьшением длительности элементарныхсигналов.

Рисунок SEQРисунок * ARABIC 3. Функциональная схема инерционнойсистемы посимвольной синхронизации

Длявыделения сигналов посимвольной синхронизации непосредственно используетсяпоследовательность принимаемых информационных символов. На Рисунок3 показана функциональная схема инерционной системыпосимвольной синхронизации. В результате дифференцирования сигнала <img src="/cache/referats/17395/image076.gif" v:shapes="_x0000_i1074">

Анализтаких систем имеет целью определить флюктуации моментов временных метокотносительно положения, соответствующих идеальной работе. В качестве показателя точности можно взять среднеквадратическуюошибку, которая для нормальной работы должна быть много меньше длительностиодного символа.

Определение параметров имитационной модели

1)

Источникдискретных сообщений:

-

дискретныенезависимые сообщения с заданными вероятностями появления в источнике V(1) = 4;

-

количестворазличных сообщений JU = 32;

-

вероятностьпоявления различных значений сообщения A(1...18) = 0.055;

2)

Кодирующееустройство:

-

двоичныйбезызбыточный код V(2) = 1;

-

количествосимволов NS = 5;

3)

Радиоканал:

-

радиоканал,использующий сигнал КИМ-ФМ и приемный тракт с линейным усилением, синхроннымдетектором и интегратором V(7) = 1, V(9) = 1;

-

девиация фазыравна <img src="/cache/referats/17395/image078.gif" v:shapes="_x0000_i1075">A(172) = 0.577;

-

длительностьинтегрирования, отнесенная к длительности символа A(171) = 0.8, т. е. время интегрированияравно длительности символа;

4)

Аддитивныепомехи:

-

широкополоснаяшумовая помеха. На входе радиоканала такая помеха представляет собой “белый”шум.

-

параметром моделипомехи является дисперсия <img src="/cache/referats/17395/image080.gif" v:shapes="_x0000_i1076">A(151) = 0.295;

5)

Замираниеамплитуды сигнала (фединг):

-

замиранияамплитуды отсутствует V(6) = 1;

6)

Временноеположение меток системы символьной синхронизации:

-

флюктуация временногоположения меток отсутствуют (символьная синхронизация идеальная) V(3) = 1;

-

номинальноеположение метки <img src="/cache/referats/17395/image082.gif" v:shapes="_x0000_i1077">A(131) = 0.1;

7)

Флюктуация фазыопорного напряжения синхронного детектора:

-

идеальныйсинхронный детектор V(4) = 0;

8)

Декодирующееустройство:

-

однопороговоераспознание двоичных символов и декодирование кодовых слов с помощью метрикиХэмминга V(8) = 1;

-

порог A(191) = 0;

9)

Продолжительностьэксперимента:

-

продолжительностьмашинного эксперимента определяется объемом исследуемой выборки сообщений(кодовых слов). Возьмем количество слов равное количеству команд переданных засеанс связи M = 3000;

10)

Дополнительные параметры:

-

IX = 7.
Анализ результатов расчета и моделирования

Расчеты,проведенные при выборе базового варианта радиолинии, дали следующие показателидостоверности приема информации:

·

вероятностьошибки символа – <img src="/cache/referats/17395/image084.gif" v:shapes="_x0000_i1078">

·

вероятностьотказа от декодирования – <img src="/cache/referats/17395/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1079">;

·

вероятностьошибки кодового слова – <img src="/cache/referats/17395/image088.gif" v:shapes="_x0000_i1080">

Врезультате моделирования получены следующие оценки достоверности:

·

вероятностьошибки символа – <img src="/cache/referats/17395/image090.gif" v:shapes="_x0000_i1081">

·

вероятностьотказа от декодирования – <img src="/cache/referats/17395/image086.gif" v:shapes="_x0000_i1082">;

·

вероятностьошибки кодового слова – <img src="/cache/referats/17395/image092.gif" v:shapes="_x0000_i1083">

Примоделировании была взята выборка <img src="/cache/referats/17395/image094.gif" v:shapes="_x0000_i1084"> командных слов, чтосоответствует длительности сеанса 8 минут.

Заметим,что результаты расчета и моделирования более чем близки по своим значениям, приэтом показатели в обоих случаях удовлетворяютТЗ.

Оценимточность статического эксперимента при моделировании, учитывая количествонезависимых испытаний в данном эксперименте их 3000.

·

вероятностьошибки символа равна <img src="/cache/referats/17395/image096.gif" v:shapes="_x0000_i1085">

·

вероятностьотказа от декодирования равна <img src="/cache/referats/17395/image098.gif" v:shapes="_x0000_i1086">

·

вероятностьошибки кодового слова равна <img src="/cache/referats/17395/image100.gif" v:shapes="_x0000_i1087">

Подведемитог. Все получившиеся различия в результатах расчета и моделирования, являютсянеизбежными, так как всего в нашей с вами жизни не учтешь.

Литература

1.

“Теория ипроектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977.

2.

“Основырадиоуправления”, под ред. В. А. Вейцеляи В. Н. Типугина. – М.: Сов. радио,1973.

3.

“Радиотехническиесистемы передачи информации”, П. И. Пеннин, Л. И. Филиппов.– М.: Радио и связь, 1984.

4.

“Автоматизированнаямодель радиолинии с цифровой передачей информации”, уч. пособие,В. А. Вейцель, С. С. Нужнов. – М.: МАИ, 1985.

5.

“Методическиеуказания 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 ипроектирование радиосистем”, Л. В. Березин, В. А. Вейцель. – М.: Сов. радио, 1977. стр. 202

еще рефераты

Еще работы по радиоэлектронике

Реферат по радиоэлектронике

Исследование атмосферы планеты Венера

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Управление ДПЛА через ретранслятор

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Модуль управления кодовым замком

29 Августа 2013

Реферат по радиоэлектронике

Лавинно-пролетный диод

29 Августа 2013