Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом
московский государственный ордена ленина И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ авиационный институт имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ
(технический университет)
факультет радиоэлектроники ла
Кафедра 402
Отчет по практическим занятиям по курсу «Радиосистемы управления и передачи информации»
на тему
«Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом»
Выполнил: О. А. Левин и др.,
гр. 04-517
Преподаватель: В. В. Заикин
москва
1997
Техническое задание
Спроектировать командно-измерительную линию, взяв в качестве основы функциональную схему, изображенную на рис. 1 при следующих исходных данных:
1.
2. 5 символов при вероятности ошибки на символ не больше 10-3.
3.
4. 4 Гц.
5. 3 МГц.
6.
7. -5 от номинала.
Дополнительные условия
¾
¾
¾
В результате расчета должны быть выбраны следующие основные параметры подсистем передающего и приемного трактов:
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Спектры используемых сигналов
Рис. SEQ Рисунок * ARABIC 1. Спектр ПШС
Рис. SEQ Рисунок * ARABIC 2. Спектр сигнала тактовой синхронизации
UПШСх2F(f)
Рис. 3. Правая половина спектра сигнала в радиолинии
Рис. 4. Спектр сигнала на несущей
Выбор параметров системы
Шумовая полоса ФАПЧ
Положим, что на режим захвата можно выделить 10% времени сеанса (1 мин.). Диапазон неизвестности частоты задан, как 10-5 от номинала 1 ГГц, т. е. поиск надо вести в полосе этот диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход будет совершаться за время Тп=10 с. Отсюда получим требуемую скорость перестройки частоты:
Необходимая мощность гармоники на несущей частоте из условия нормальной работы ФАПЧ в режиме слежения
Дисперсия шумовой ошибки определяется по формуле:
где: GШ — спектральная плотность шума на входе ФАПЧ (Вт/Гц), РСН — мощность гармоники на несущей частоте. Положим
В техническом задании указан полный энергетический потенциал радиолинии — 104 Гц. Следовательно, на гармонику с несущей частотой следует выделить от полной мощности сигнала. Мощность гармоники на несущей:
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<540·10-5 с. Информация передается третьим членом в спектре сигнала. Соответствующая мощность:
где hи — часть мощности, затрачиваемая на передачу информации. Вероятность ошибки не должна превышать 10-3, поэтому (из интеграла вероятности): РСИ/GШИ>890 Гц.
Выбор девиации фазы в фазовом модуляторе передатчика
Из предыдущих расчетов имеем:
Решив эти трансцендентные уравнения, получим: mC=1,085 рад., mИ=1 рад.
Распределение мощности между компонентами сигнала
Выше было найдено, что на несущую приходится 0,13, а на информацию — 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 с — скорость распространения радиоволн; k2=10 — коэффициент запаса; b=3/tИ – крутизна наклона главного пика сигнальной функции; Q0=РссТизм — энергия сигнала (время измерения — 1 с). Общая ошибка по дальности (20 м) поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, DRmax=10 м. Зная это, найдем, что tИ<4,4·10-5 с. Следовательно, тактовая частота 2Fт должна быть меньше величины 1/tИ=22,7 кГц
Выбор параметров задающего генератора и генератора ПШС
Выберем необходимое число символов в ПШС (nпс):
Ближайшее целое число, удовлетворяющее этому условию — 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит 42,5 мкс и тактовая частота 2Fт=23,53 кГц.
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 80 Гц и в процессе поиска просматривается диапазон ±10 кГц около несущей.
· Fт=±47,06 кГц и в полосу поиска не попадает.
· ±40 кГц. Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1/Тпс=185 Гц и в полосу ФАП не попадает.
· Аmax наибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей в полосу поиска:
где Аm — амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362UН, т. е. почти в 100 раз больше по мощности, что обеспечивает легкую селекцию.
Определение необходимых полос пропускания фильтров в приемном тракте
· UД(t) после синхронного детектора сигнал расположен вблизи частоты 47,06 кГц и занимает полосу примерно (4… 5)/ТПС=1 кГц. При нестабильности частоты 10-5 от номинала частотный сдвиг не превысит 500 Гц. Следовательно, полосовой ограничитель должен быть настроен на частоту 47,06 кГц и иметь полосу пропускания около 1 кГц.
· FТ, находим необходимую полосу фильтра в 142 кГц.
· ±12FТ, к этому надо добавить нестабильность несущей (±10 кГц). Следовательно, полоса должна быть порядка 2(142+±10) кГц= =300 кГц. Эта же величина определяет занимаемый радиолинией диапазон частот.
Проверка выполнения требований ТЗ по необходимой точности прогноза дальности
|
Рис. 5. Сигнальная функция синхросигнал |
В задании указана точность прогноза дальности 50 км. Это обеспечивает прогноз по задержке ±0,333·10-3 с. Поскольку Тпс=5,4·10-3 с, а tи=4,25·10-5 с, в диапазон исследуемых задержек может попасть только один большой пик сигнальной функции и большое число малых пиков высотой 1/nпс. Надежные измерения обеспечиваются только при условии:
Зная, что в данном случае
|
Кодирующее устройство |
|
Задающий генератор |
|
Фазовый модулятор |
|
Фазовый модулятор |
|
Сумматор |
|
Команды от ЭВМ |
|
UДШ(t) |
|
U4F(t) |
|
UКИМ(t) |
|
UМ(t) |
|
S(t) |
|
Делитель частоты на 2 |
|
Перемножитель |
|
Генератор несущей частоты |
|
Генератор ПШС |
|
Дешифратор |
|
U2F(t) |
|
Uсс(t) |
|
UПШС(t) |
|
На измеритель дальности |
|
|
Декодирующее устройство |
|
Полосовой фильтр |
|
Фазовый детектор поднесущей |
|
Интегратор |
|
Решающее устройство |
|
Преобразователь частоты |
|
УВЧ |
|
УПЧ |
|
Фазовый детектор несущей |
|
УВС по частоте |
|
ФАПЧ |
|
Устройство контроля синхронизации |
|
ФНЧ |
|
Система слежения за задержкой |
|
Устройство контроля символьной синхронизации |
|
УВС по задержке |
|
к БЗУ |
|
Uд(t) |
|
Uг(t) |
|
Схема распознавания сигналов |
|
Sг(t) |
|
Uоп(t) |
|
Uсс(t) |
|
Uз(t) |
|
U´F(t) |
|
Uдш(t) |
|
К передатчику линии «Борт — Земля» |
|
Блокировка |
|