Проектирование цифровой линии

где Noi - спектральная плотность случайной помехи i - го вида, пересчитанная ко входу приемника

Мощность всех помех на входе приемника, определяемая в полосе частот fэ занимаемой спектром сигнала, равна

(2.6)

где fо - частота несущей

Выражение (2.6) можно представить в виде

(2.7)

В простейшем случае, когда основной помехой являются только внутренние флюктуационные шумы приемника с равномерной спектральной плотностью No, мощность помехи на входе (при согласованном входе) равна

Рш вх = No fэ = к Тэ fэ (2.8)

где к = 1,38*10-23 Дж/К - постоянная Больцмана

Тэ - эквивалентная шумовая температура входа.

С учетом выражений (2.4) и (2.7) отношение средней мощности сигнала к средней мощности шума на входе приемника определяется формулой:

(2.9)

Это выражение определяет фактическое отношение С/Ш на входе приемника при известных параметрах линии связи. Пусть для того, чтобы обеспечить требуемую вероятность ошибки при передаче одной двоичной еденицы информации, необходимо иметь энергетическое отношение С/Ш:

h02 = Е0/N0 = (Рс/Рш) вх * * fэ (2.10)

Тогда требуемое отношение С/Ш на входе приемника:

(Рс/Рш) тр = h0 2/ fэ (2.11)

- коэффициент запаса, выбирается от 2 до 10

зададимся = 10

Для того чтобы линия связи обеспечивала передачу информации с помехоустойчивостью не ниже заданной, необходимо выполнить условие:

(Рс/Рш) вх (Рс/Рш) тр (2.12)

Приняв во внимание (2.9), (2.11) и (2.12), имеем:

(2.13)

Определим требуемую мощность передатчика:

Sэ = Sпр = 0.18 м2 - эффективная площадь приемной антенны (D = 1)

КНД передающей антенны

G=a (Dп/) 2, где

Dп=1м - диаметр передающей антенны

a - КИП (коэффициент использования площади) - коэффициент учитывающий эффективность использования площади раскрыва антенны (0,55 для параболической)

G=0,55 (3,14*1/0.03) 2 = 6025; G = 38 дБ.

Мощность передатчика:

Рпер * 3.911 * 104 1.15 * 106

Рпер 1.15 Вт, Возьмем Рпер = 5 Вт.

В цифровых командных радиолиниях необходимо применять кадровую синхронизацию. В качестве сигналов кадровой синхронизации часто используются составные сигналы, причем выделение этих слов в приемнике осуществляется с помощью пассивного согласованного фильтра. Напряжение на выходе согласованного фильтра воспроизводит автокорреляционную функцию синхронизирующего сигнала. Для уменьшения ошибок, возникающих при обнаружении синхронизирующего сигнала и определении его временного положения, автокорреляционная функция должна иметь узкий центральный пик и малый уровень “боковых” выбросов. Подобным свойством обладают ряд широкополосных сигналов, в том числе сигналы, сформированные на основе некоторых двоичных кодов.

В данной работе выбран синхронизирующий сигнал в виде 7-значного кода Баркера, его нормированная автокорреляционная функция показана на рис.

Функциональная схема устройства декодирования кадрового синхронизирующего сигнала

Принятый сигнал поступает на линию задержки. Расстояние между отдельными отводами этой линии соответствует длительности элементарных импульсов кода. Максимальное время задержки синхронизирующего сигнала равно полной длительности этого сигнала Тз. Сигналы которые снимаются с отводов линии задержки, поступают на сумматор. При этом часть сигналов проходит через инверторы, изменяющие полярность сигналов. Пространственное расположение отводов линии задержки, к которым подключены мнверторы, воспроизводит в обратном порядке временное положение символов "0", имеющих в составе рассматриваемого синхронизирующего колового слова. Тем самым обеспечивается синхронное накопление энергии отдельных импульсов этого слова в сумматоре. К выходу сумматора подключен фильтр, который согласован с одиночным видеоимпульсом длительности.

В момент окончания принятого синхронизирующего кодового слова на выходе согласованного фильтра образуется короткий импульс значительной амплитуды, который соответствует центральному "пику" автокорреляционной функции. С помощью таких импульсов осуществляется запуск пороговой схемы предназначенной для выделения отдельных синхронизирующих сигналов.

Радиотелемеханической системой называется совокупность устройств, предназначенных для управления состоянием и работой различных приборов и агрегатов.

В комплексах ЛА радиотелемеханические системы используются для управления бортовыми приборами и агрегатами, а также состоянием летательных аппаратов в целом. Такое управление осуществляется подачей на исполнительные устройства приборов и агрегатов (объектов управления) соответствующих команд. Команды формируются на основе контроля (измерения) некоторой в общем случае многомерной величины (t), которая непосредственно или косвенно характеризует либо условия, в которых находился объект управления, либо текущее состояние объекта. Для осуществления такого контроля в состав радиотелемеханических систем включаются либо те или иные радиоизмерительные устройства, либо датчики - преобразователи неэлектрических величин в электрические. Формирование команд осуществляется в решающих устройствах. Которые в простейших случаях представляют собой схемы сравнения и реле, а в более сложных - счетно-решающие приборы и системы обработки результатов измерений. Команда поступает на управляемый объект через исполнительное устройство.

Различают автономные и неавтономные радиотелемеханические системы. В первых команды формируются на борту ЛА, во вторых - на пункте управления и передаются на борт летательного аппарата по командной радиолинии.

Контур управления неавтономной радиотелемеханической системы с обратной связью:

Uk' (t) Uk (t)

Fy (t)

Yo (t)

Y* (t) Y (t)

Информация о состоянии и работе объектов управления - бортовых приборов и агрегатов - получают с помощью датчиков, устанавливаемых на борту ЛА и связанных с контролируемыми величинами (t). Полученные с датчиков и соответствующим образом обработанные величины поступают непосредственно или через запоминающее устройство на вход телеметрической радиолинии и передается по ней на пункт управления. На пункте управления в устройстве выделения и обработки телеметрической информации получается оценка состояния объектов управления * (t), необходимая для осуществления требуемого управления бортовыми приборами и агрегатами. Формирование команд осуществляется в результате сравнения оценки * (t) с величиной о (t), задающей необходимое состояние объектов управления. Сформированные команды по командной радиолинии передаются на борт ЛА и поступают на исполнительное устройство, воздействующее на объекты управления. Контур радиотелемеханического управления оказывается замкнутым. В зависимости от решаемых задач, такое управление осуществляется либо как следящее, либо как корректирующее.

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 рис.5:

Рис. 5.

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:

жесткая ограниченность габаритов и массы

ограничения в энергопотреблении

способность работы в вакууме

стойкость к мощным тепловым ударам

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

чрезвычайно 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 радио управления. Под. Ред.В.А. Вейциля и В.Н. Типугина М.: 1973г.

2. Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации. /M.: "Сов. Радио"1976г.

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

4. Тепляков И.М., Рощин Б.В., Фомин А.И., В.А. Вейциль. Радиосистемы передачи информации. /Радио и связь, 1982-265с.

5. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. /М.: Высшая школа 1998-430с.

Размещено на Allbest.ru

Страницы: 1, 2