Цифровая радиолиния КИМ-АМ-ФМ

Вт

Примем мощность передатчика Pпрд= 10 Вт. Это позволит скомпенсировать неучтенные факторы снижающие качество канала связи.

Мощность сигнала на входе приёмника радиолинии, работающей в пределах прямой видимости, находится по формуле:

где Рпрд - мощность передающего устройства; Dпрд - коэффициент усиления передающей антенны; Sпм - эффективная площадь приёмной антенны; - коэффициент, учитывающий дополнительное ослабление сигнала в радиолинии (1); r - расстояние между передающей и приёмной антеннами.

Коэффициент усиления антенны D связан с её эффективной площадью S равенством

где - длина рабочей волны.

Найдём эффективную площадь передающей и приемной антенн по формуле, учитывая:

Учитывая это, можно записать:

Тогда мощность принимаемого сигнала:

Вт

Эквивалентная шумовая полоса fэш равна:

fэш=1,1*Fc=1.1*6,9*103=7,5*103 Гц

Мощность шума определяется из выражения:

Рш=Nшfэш=kТшfэш =1,38*10-23*1000*7,5*103 =1,035*10-17 Вт

Значение энергетического потенциала:

3. Контур управления и его анализ

В общем случае система управления представляет собой замкнутый контур, который состоит из звеньев, отображающих связи между различными переменными величинами, характеризующими движение летательного аппарата.

В контур управления обязательно должны входить следующие схемы:

Схема, соответствующая объекту управления;

Схема, соответствующая различного рода радиоустройствам, которые существуют в системе.

В общем случае контур управления состоит из нескольких контуров. Принято различать внутренние и внешние контура. Внутренние контура - это контуры стабилизации, а внешние контуры определяют движение летательного аппарата по траектории.

Внешний контур радиоуправления имеет ряд особенностей:

- обязательное наличие звена Автопилот-Снаряд (А-С). Входом этого звена является сигнал рассогласования U либо командный сигнал Uk.

- в контур должно входить радиозвено, которое определяет информационную связь между различными переменными, действующими в системе. Все радиотехнические устройства, с помощью которых измеряются координаты, передаются сигналы управления, объединяются в радиозвено. Выходным сигналом радиозвена является сигнал рассогласования.

Кинематическое звено. Оно не связано с какой либо аппаратурой, а определяет соотношения между различными координатами и параметрами движения. Это звено указывает связь между выходом звена Автопилот-Снаряд и координатами, являющимися входом радиозвена.

Графическое изображение этих связей с помощью условных обозначений образует структурную схему контура управления (Рис.3.).

Поясним назначение и характеристики основных элементов схемы рис.3.

Командная радиолиния обеспечивает передачу командного сообщения Uкс, выработанного ЭВМ на вход звена А-С. В простейшем случае она может быть описана линейным радиозвеном с передаточной функцией ФРЛ(Р), а при достаточно широкой полосе пропускания - безынерционным звеном с коэффициентом передачи kрл. Малые помехи, действующие на радиолинию и пересчитанные на её вход изображены в виде эквивалентного напряжения Uэ1, которое суммируется с командным сигналом Uk. Передаточная функция радиолинии при действии малых помех не изменяется и остаётся такой же, как при воздействии только одного полезного сигнала.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Структурная схема контура радиоуправления

Передаточная функция кинематического звена, связывающая YСН и СН, содержит интегрирующее звено и безынерционное звено с переменным коэффициентом усиления 1/RCН(t). Следовательно, кинематическое звено является не стационарным.

Радиовизир снаряда будем считать выполненным в виде радиолокатора, автоматически следящего за угловыми координатами летательного аппарата. На его выходе формируется приборные аналоги углов U. Радиовизир летательного аппарата, который является системой автоматического регулирования, приближённо можно представить в виде эквивалентного колебательного или инерционного звена с передаточной функцией Фр(Р). Радиовизир измеряет углы не точно, а с некоторыми ошибками. Наличие этих ошибок учитывается в структурной схеме введением эквивалентного возмущающего сигнала Uэр, который суммируется с приборными аналогами углов.

ЭВМ вырабатывает сигнал углового отклонения летательного аппарата от заданной траектории U. Для компенсации нестационарности кинематического звена обычно производят умножение U на величину k1RСН, пропорциональную расстоянию пункт управления - летательный аппарат.

Для обеспечения нужного качества регулирования в контуре управления движением летательного аппарата с помощью корректирующего звена с передаточной функцией Фк(Р), в котором могут осуществляться различные линейные операции с сигналом рассогласования. На выходе ЭВМ формируется командное сообщение UКС, поступающее на вход радиолинии.

4. Разработка функциональной схемы передатчика

В простейшем случае работу передатчика можно объяснить следующим образом (приложение 1). На вход коммутатора (Ком) поступает информация от 8-и каналов. С помощью АЦП они преобразуются в цифровой код. Преобразователь кода ПК служит для преобразования кода из параллельного в последовательный. Генератор М-последовательности вырабатывает кадровое синхрослово (64-разрядную М-последовательность). М - последовательность формируется на основе регистров сдвига с применением определённых обратных связей и суммированием по модулю два. Схема синхронизации (СС) управляет работой передающей части и вырабатывает следующие сигналы:

· Сигналы управления коммутатором (Ком). Эти сигналы имеют частоту fт = 1/ = 3,5 кГц ;

· Сигналы управления АЦП;

· Сигналы управления преобразователем кода ПК;

· Сигнал кадровой синхронизации. С помощью сумматора формируется сигнал на видеочастоте.

Перенос видео сигнала на поднесущую частоту (вторая ступень модуляции) осуществляеться с помощью амплитудного модулятора. Генератор поднесущего колебания (ГПК) вырабатывает сигнал с частотой fпк=1,3 МГц.

Сигнал на поднесущей модулирует по фазе колебание на несущей частоте f0=3 ГГц при помощи фазового модулятора (ФМ).

5. Разработка функциональной схемы приемника

Сигнал с выхода ВЧ тракта идет на синхронный детектор, опорное напряжение для которого вырабатывает система ФАП. Для оптимального когерентного детектирования необходимо, чтобы значение фазы опорного колебания отличалось от фазы сигнала на р/2. Поэтому в петлю обратной связи включен ФВ. Сигнал с выхода опорного генератора подается также на схему подсчета периодов, выдающую синхроимпульсы на схему стробирования (СС). Схема подсчета периодов выдает импульсы в момент, когда число периодов станет равным числу периодов укладывающихся в пределах одного элементарного символа.

С выхода СС снимаются импульсы, полярность которых определяется полярностью сигналов с выхода амплитудного модулятора. С выхода триггера снимается последовательность элементарных символов, состоящая из кадрового синхрослова и командных слов (рис 5.г). Разделение информационных сигналов осуществляется мультиплексором. Счетчик СЧ2 через каждые 10 импульсов выдает двоичный код на мультиплексор, соответствующий данному каналу. Обнуление СЧ2 осуществляется импульсами с дешифратора в момент окончания кадрового синхрослова.

Ключ (КЛ) закрывается в момент следования кадрового синхрослова.

6. Конструкция бортового приемника

Современные воздушные летательные аппараты могут перемещаться в атмосфере с огромными скоростями, что создает для работы антенн сложные условия. При большой скорости полета наблюдается значительный аэродинамический (кинетический) нагрев корпуса летательного аппарата (ЛА). Этот нагрев в полной мере испытывают все устройства, расположенные вблизи корпуса ЛА, а в особенности антенны, так как они располагаются либо на обшивке ЛА, либо под обшивкой ЛА.

При проектировании антенн для ЛА, в особенности при выборе места их размещения на корпусе ЛА, необходимо учитывать, что при достаточно большой электронной концентрации плазма может оказать на работу антенн сильное влияние, вплоть до полного нарушения работы радиолинии.

Сильное воздействие набегающего потока воздуха из-за большой скорости полета современных ЛА является причиной значительных механических усилий, испытываемых отдельными частями корпуса летательного аппарата, в том числе бортовой аппаратурой и антеннами. Эти усилия особенно велики в том случае, когда антенна является наружной. Механическое воздействие воздушного потока заметно увеличивается с ростом скорости полета и существенно зависит от формы и размеров антенн. Однако даже в том случае, когда антенна является не выступающей, на нее, тем не менее, передаются значительные механические усилия, испытываемые другими частями корпуса ЛА.

Щелевые антенны являются одним из типов антенн, наиболее часто применяемых в ЛА. В радиолиниях телеметрии и командного управления обычно требуется ненаправленное излучение приемных антенн, поэтому находят применение круговые решетки щелей, расположенные по периметру цилиндрической части корпуса ЛА.

При разработке многощелевой антенны необходимо решить вопросы о способе питания щелевых излучателей, об их ориентации относительно продольной оси ЛА и общем числе излучателей. Остановимся кратко на этих вопросах.

Применяются два способа питания излучателей. Первый из них состоит в том, что прямоугольный волновод сворачивается вокруг широкой или узкой стенке в кольцо и в наружной стенке, находящейся на уровне обшивки ЛА, прорезаются щели, образующие таким образом круговую решетку излучателей. Наружная стенка закрывается диэлектрическим защитным слоем.

Применение кольцевой волноводно-щелевой антенны наталкивается на очевидные конструктивные сложности. Если расположить волновод под обшивкой ЛА, так чтобы его наружная поверхность вплотную прилегала к внутренней поверхности обшивки, то в ней нужно по периметру корпуса прорезать большое число щелей, что значительно ослабит механическую прочность корпуса. Можно не нарушать целостности обшивки, предусматривая в ней паз, в котором с наружной стороны уложен кольцевой волновод.

Это, однако, усложняет конструкцию самого корпуса ЛА. При большом диаметре ЛА волноводно-щелевая антенна имеет значительный вес, что также является недостатком.

Достоинством волноводно-щелевой антенны является возможность получения в азимутальной плоскости диаграмм направленности без глубоких провалов, для этого необходимо расположить соседние щели достаточно близко друг от друга.

В виду указанных выше недостатков кольцевой волноводно-щелевой антенны преимущественно применяется другой способ питания щелевых излучателей. Он состоит в том, что по периметру корпуса ЛА размещаются несколько одиночных излучателей, которые питаются с помощью делителей мощности, направленных ответвителей и других волноводных узлов, а также разветвленной фидерной (волноводной) системы питания.

Данная схема питания обладает достаточной гибкостью, так как выбором длин фидеров (волноводов) и соответствующих делителей мощности можно получить разнообразные амплитудно-фазовые распределения полей в щелях.

Рассмотрим теперь вопрос об ориентации щелей. Преимущественно применяются поперечные или продольные щели. Следует учитывать, что прямолинейная щель в Е-плоскости имеет широкую диаграмму направленности, а в Н-плоскости более узкую диаграмму и по своей продольной оси не излучает. Следовательно чтобы антенна обеспечивала интенсивное излучение под малыми углами к продольной оси ЛА, то целесообразно применять поперечные щели. Вместе с тем, необходимо учитывать, что при одном и том же числе щелей угол перекрытия диаграммы соседних излучателей, в экваториальной плоскости, будет больше для продольных осей, чем для поперечных. С этой точки зрения также заслуживают предпочтения поперечные щели , так как благодаря направленности этих щелей в Н-плоскости зоны глубоких провалов, вызванные интерференцией полей соседних излучателей, будут более узки, чем в случае применения продольных щелей.

Теперь остановимся на конструкции самого приемника. К бортовой аппаратуре применяются очень жесткие и в тоже время противоречивые требования:

Ш жесткая ограниченность габаритов и массы

Ш ограничения в энергопотреблении

Ш способность работы в вакууме

Ш стойкость к мощным тепловым ударам

Ш стойкость к совместному действию вибрационных и линейных нагрузок ( до 10 G )

Ш черезвычайно высокая надежность

Рассмотрим климатические факторы, влияющие на бортовую аппаратуру и их последствия.

Повышенная температура - высыхание защитных покрытий с растрескиванием, миграция примесей в полупроводниках, изменение электрических характеристик радиоэлементов, деформация деталей.

Пониженная температура - изменение электрических характеристик радиоэлементов, деформация деталей, конденсация влаги.

Повышенная влажность - увеличение паразитных емкостей, снижение сопротивления диэлектриков, опасность термоудара.

Пониженное давление - снижение пробивного напряжения волноводов, печатного монтажа и др., ухудшение теплоотдачи.

Солнечная радиация - старение диэлектриков и разрушение покрытий.

Механический фактор:

а) вибрации

б) удары

в) ускорения

г) акустические шумы

При разработке приемника следует выполнять все вышеперечисленные требования с учетом влияния климатических факторов.

При выборе элементной базы следует отдать предпочтение полностью полупроводниковому варианту. В целях повышения надежности следует отдать предпочтение печатному монтажу. Из-за наличия сильных электромагнитных полей необходимо тщательно экранировать отдельные узлы приемника, особенно высокочастотную часть и УПЧ. При разработке принципиальной схемы нужно стараться использовать щадящие режимы работы активных элементов, учитывать неблагоприятные тепловые условия, применять схемотехнические решения, позволяющие снизить энергопотребление при заданных характеристиках, все намоточные узлы необходимо заливать изоляционными материалами (эпоксидной смолой). Необходимо обеспечить герметичность корпуса приемника с возможностью ремонта и обеспечить надежное его крепление на борту ЛА. В качестве подводящей линии к антеннам следует выбрать гибкий каоксиальный кабель, устройства СВЧ необходимо выполнять преимущественно в полосковом варианте.

1. Основы радиоуправления. под ред. В.А. Вейциля и В.Н. Типугина М. : 1973 г.

2. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. /Москва "Советское радио" 1976.

3. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Калашников И.Д. Радиолинии космических систем передачи информации./М. : Сов. радио, 1975-399с.

4. Егоров А. В. Курс лекций, 2004г.

5. Езерский В. В. Курс лекций, 2003г.

Размещено на Allbest.ru

Страницы: 1, 2