Расчет основных характеристик импульсно-фазовой радионавигационной системы "Лоран-С" и приемоиндикатора этой системы

Рассмотрим теперь работу измерительного канала ведомой станции. Во время прихода сигналов ведомой станции опорное напряжение на ФД поступает через фазовращатель Фв2. Если на выходе ФД имеется сигнал рассогласования, то этот сигнал после накопления в RC_фильтре и соответствующего усиления приведет во вращение двигатель Дв2. Положение ротора Фв2 будет изменяться до тех пор, пока сигнал рассогласования не станет равным нулю, а фаза колебания ф на выходе фазовращателя не будет отличаться точно на 90° от фазы ВЧ заполнения радиоимпульсов ведомой станции.

Таким образом, непрерывное колебание на выходе фазовращателя будет запоминать фазу ВЧ заполнения сигналов ведомой станции, т.е. ф = В + 90°.

Как видно из блок-схемы, при этом ФВ2 покажет разность фаз = В - А между ВЧ заполнениями радиоимпульсов ведущей и ведомой станций. Фазовый отсчет индицируется на части барабанного счетчика, обозначенной на блок-схеме словом «Точно». Фазовый отсчет определяется в пределах периода ВЧ заполнения, равного 10 мкс.

После отработки Фв2 опорное колебание на СД будет совпадать по фазе с ВЧ заполнением радиоимпульсов ведомой станции. На выходе СД будут появляться видеоимпульсы, повторяющие огибающую U (t - tB) радиоимпульсов ведомых станций. Эти видеоимпульсы, аналогично сигналам ведущей станции, поступают на схему формирования напряжения с одной переменной знака в особой точке в пределах фронта радиоимпульсов и затем на ВР. Опорные стробы наВР2 теперь поступают с выхода схемы управляемой задержки.

Схема управляемой задержки позволяет получить измерительные стробы, задержанные относительно измерительных стробов ведущей станции. Величина задержки может изменяться. Существует несколько разновидностей схем управляемой задержки. Варианты таких схем рассматривались б первом разделе.

Если измерительные стробы ведомого канала не совпадают с особыми точками огибающих сигналов ведомых станций, то появляющийся на выходе ВР2 сигнал рассогласования изменит управляемую задержку до необходимого значения. Временное положение tспз опорных стробов на выходе схемы переменной задержки будет совпадать с особой точкой сигналов ведомой станции, т.е. tспз = tB + t0.

Отсчетное устройство схемы переменной задержки укажет значение промежутка tмежду моментами появления стробов с выхода ДЧ и стробов с выхода схемы переменной задержки t = tспз - tдч = tВ-tA. Отсчет по огибающей индицируется на части барабанного счетчика, обозначенной на блок-схеме словом «Грубо».

Счетчик имеет декадную оцифровку, причем каждая единица крайнего правого барабана счетчика огибающей соответствует десяти микросекундам. Обе части барабанного счетчика дают единый однозначный отсчет разности запаздывания поверхностных сигналов ведомой станции по отношению к сигналам ведущей станции. Однозначность фазовых измерений в импульсно-фазовой системе обеспечивается, если ошибка отсчетов огибающей не будет превышать половины периода Т высокочастотного заполнения, т.е. t0 < T1/2 = 5 мкс.

Реальная схема приемоиндикатора в режиме измерений имеет также устройство, осуществляющее фазовое кодирование опорных напряжений фазового и синхронного детекторов по закону фазового кода пакетов радиоимпульсов ведущей и ведомой станций.

Расчетная часть

1. По заданным и исходным данным рассчитать и построить графики форм сигналов U=f(t)

на входе приемника. Emax и Umax принять равным единице;

Огибающая излучаемых (и принимаемых) сигналов хорошо аппроксимируется экспоненциально-степенной функцией второй степени:

;

где Emax - амплитуда импульса;

Огибающая u(t) сигналов на выходе приемника может также аппроксимироваться экспоненциально-степенной функцией:

;

где Umax - амплитуда импульса;

tm - промежуток времени от начала импульса до его максимума;

n - параметр аппроксимации;

Если приемник содержит n каскадов с одиночными контурами и имеет полосу пропускания Ппр на уровне 0,7, то параметры аппроксимации можно найти из формул:

tm =(1,075+e-1.26q+0,06)*tmax вх; ; ;

где q - безразмерный коэффициент;

tm =(1,075+e-1.26*1.675+0,06)*67*10-6 =87,3345 *10-6 с

Принимая Emax и Umax равными единице, можем построить графики огибающих сигналов на входе и выходе приемника рис. 1.

С графика снимем значения времен при которых огибающая достигает уровней 0,3 и 0,5:

при уровне слежения 0,3: to = 34 мкс

при уровне слежения 0,5: to = 41 мкс

на выходе схемы синхронного детектора;

На выходе синхронного детектора сигнал будет иметь вид огибающей высокочастотного сигнала на выходе приемника.

на выходе схемы формирования «особой точки» при двух уровнях слежения 0,3 и 0,5

С выхода детектора видеоимпульс с огибающей подается на схему формирования напряжения, имеющего одну смену знака в пределах фронта радиоимпульса. Существует несколько методов формирования такого напряжения.

Наиболее широко применяются методы, эквивалентные следующему: видеоимпульс дифференцируется, усиливается и из получаемого напряжения вычитается недифференцированный видеосигнал.

Форму сигнала на выходе схемы формирования особой точки можно пронаблюдать построив график функции:

;

На рисунке 1 приведены графики сигналов для двух уровней слежения 0,3 и 0,5.

Рис. 1. Графики огибающих сигналов на входе / выходе приемника и на выходе схемы формирования особой точки при уровнях слежения 0,3 и 0,5.

2. Определить напряжённость поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника

Зона уверенного приема радиоволн зависит от интенсивности сигналов и от уровня атмосферных шумов. Атмосферные шумы создаются в основном грозовыми разрядами. Уровень атмосферных шумов зависит от географического расположения приемного пункта, сезона года и времени суток. Максимальные значения шумов имеют место в тропиках, где грозовая деятельность наиболее интенсивна. В ночное время уровень шумов также значительно больше, чем днем, ввиду лучших условий распространения радиошумов ночью.

Атмосферные шумы характеризуются быстрыми флюктуациями с большим динамическим диапазоном. Однако среднее за несколько минут значение интенсивности шумов остается практически постоянным в течение данного часа.

Эффективное значение помех Е в полосе пропускания приемника связано с коэффициентом Fаm соотношением:

E=Fa - 95,5+20 lg f+10 lg Ппр;

где f - несущая частота, МГц.

Зная свои координаты определим величину атмосферных помех Fа на частоте 1МГц по рис. 1.21. учебника [1]. Затем по рис. 1.22. того же учебника найдем величину атмосферных помех на частоте 100 кГц. Подставив значения в формулу получим:

E=110-95,5+20 lg 0,1+10 lg 25*103=37,93 дБ;

Величина напряженности поля помех выражаются в децибелах относительно уровня 1 мкВ/м.

3. Определить при двух уровнях отчёта 0,3 и 0,5 допустимые соотношения с/ш на выходе приёмника

Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах определяется формулой:

;

где ;

Выразим отсюда отношение сигнал/шум и посчитаем его при рад. (0,05 фазового цикла) для каждого из уровней слежения:

;

при уровне слежения 0,3: to = 34 мкс

; дб;

при уровне слежения 0,5: to = 41 мкс

; дб

Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей определяется формулой:

;

Выразим отношение сигнал/шум и посчитаем его при мкс (половина периода высокочастотного заполнения) для каждого из уровней слежения:

;

при уровне слежения 0,3: to = 34 мкс

;

дб;

при уровне слежения 0,5: to = 41 мкс

;

дб;

Построить график соотношения с/ш на входе приёмника в зависимости от дальности. Из графика определить максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношения для каждого с/ш для каждого из уровней отсчёта.

Дальность приема поверхностных сигналов РНС «Лоран_С» зависит главным образом от излучаемой мощности радиоимпульсов, уровня помех в точке приема, ширины полосы пропускания приемника судовой аппаратуры системы и подстилающей поверхности на трассе распространения радиоволн.

Для построения графика сигнал/шум на входе приемника воспользуемся рисунком 2.18. учебника [1]. Возьмем из графики зависимость напряженности поля поверхностных волн при излучаемой мощности 100кВт и пересчитаем его применительно к заданной мощности по формуле:

;

Затем, зная значение напряжённости поля атмосферных шумов в полосе пропускания приёмника (вычисленного в пункте 2.5) определим отношение сигнал/шум.

Результаты расчетов приведены в таблице 1.

Таблица 1.

Из графика (рис. 2.) определим максимальную дальность, соответствующую наименьшему допустимому соотношения для каждого сигнал/шум для каждого из уровней слежения.

при уровне слежения 0,3: дб

Dmax - из графика равно 1710 миль

при уровне слежения 0,5 - дб

Dmax - из графика равно 1775 миль

Рис. 2. График соотношения сигнал/шум на входе приёмника в зависимости от дальности

Построить график зависимости шумовых ошибок по фазе и огибающей в зависимости от дальности при двух уровнях отсчёта

Измерения фазы ВЧ заполнения фронта радиоимпульсов производятся с помощью фазового детектора ФД с последующим стробированием полезного сигнала рассогласования с помощью временного дискриминатора.

Шумовая ошибка фазовых измерений в радианах можно выразить формулой:

;

где ;

Шумовая ошибка измерения разности моментов прихода двух сигналов по огибающей определяется формулой:

;

Произведем расчет шумовых ошибок для каждого из уровней слежения. Рассчитанные значения приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Страницы: 1, 2, 3