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 функциональ-
ную схему, изображенную на рис. 1 при следующих исходных данных:
1. Время сеанса связи не более 10 минут.
2. За сеанс требуется передать по информационному каналу не менее 105 символов при вероят-
ности ошибки на символ не больше 10-3.
3. В сеансе требуется измерить дальность с ошибкой не более 20 м при точности прогноза
50 км.
4. Энергетический потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума)
на входе приемника — 104 Гц.
5. Несущая частота радиолинии — 103 МГц.
6. Занимаемый радиолинией диапазон частот не более 0,5 МГц.
7. Априорная неизвестность частот в сигнале до 10-5 от номинала.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ
? Точность и достоверность измерений и передачи информации определяются в основном
шумом.
? Шумовые ошибки в запросной и ответной линии дальномера можно считать одинаковыми.
? Дальномер должен выдавать независимые отсчеты дальности с интервалом в 1 секунду.
В результате расчета должны быть выбраны следующие основные параметры подсистем
передающего и приемного трактов:
? частота задающего генератора в передающем тракте;
? скорость передачи информационных символов;
? параметры фазового модулятора передатчика;
? число каскадов в генераторах ПС-кода;
? параметры системы ФАПЧ в приемнике;
? полоса пропускания ВЧ-преобразователя в приемнике;
? полосы пропускания полосового ограничителя и ФНЧ в аппаратуре разделения каналов;
? параметры системы тактовой синхронизации в аппаратуре декодирования.
СПЕКТРЫ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СИГНАЛОВ
Рис. 1. Спектр ПШС
Рис. 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
. Для надежности этот диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход бу-
дет совершаться за время Тп=10 с. Отсюда получим требуемую скорость перестройки часто-
ты: . Для надежного захвата сигнала при такой скорости требуется ФАПЧ с дос-
таточно малой инерционностью (широкой шумовой полосой). Шумовая полоса будет опреде-
ляться по формуле:
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 , тогда необходимо иметь:
В техническом задании указан полный энергетический потенциал радиолинии — 104 Гц.
Следовательно, на гармонику с несущей частотой следует выделить от пол-
ной мощности сигнала. Мощность гармоники на несущей: . Учитывая,
что полная мощность сигнала КИМ-ФМн-ФМ будет , имеем .
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 ?и — 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; ?=3/?И – 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 ра-
диолинией, следовательно, ?Rmax=10 м. Зная это, найдем, что ?И<4,4·10-5 с. Следовательно, так-
товая частота 2Fт должна быть меньше величины 1/?И=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 значе-
ние 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.
? Полоса частот, связанная с модуляцией несущей сигналом КИМ-ФМн, отстоит на частоту
4Fт=?47,06 кГц и в полосу поиска не попадает.
? В режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосой ФАПЧ ?40 кГц. Ближайшая гар-
моника синхросигнала отстоит на частоту 1/Тпс=185 Гц и в полосу ФАП не попадает.
? Проверим, не может ли произойти ложный захват ФАПЧ гармоникой, связанной с модуля-
цией несущей синхросигналом. Они находятся в полосе ФАПЧ и могут селектироваться
только по амплитуде. Амплитуда Аmax наибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей
в полосу поиска:
где Аm — амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет ам-
плитуду 0,362UН, т. е. почти в 100 раз больше по мощности, что обеспечивает легкую селекцию.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ПОЛОС ПРОПУСКАНИЯ ФИЛЬТРОВ В ПРИЕМНОМ ТРАКТЕ
? Полосовой ограничитель должен пропускать сигнал КИМ-ФМн. В спектре сигнала UД(t) по-
сле 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 час-
тоту 47,06 кГц и иметь полосу пропускания около 1 кГц.
? ФНЧ канала синхронизации выделяет синхросигнал. Считая, что полоса занимаемых частот
соответствует примерно 12FТ, находим необходимую полосу фильтра в 142 кГц.
? Высокочастотный преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число
полезных компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее ?12FТ, к этому надо добавить неста-
бильность 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 за-
держке ?0,333·10-3 с. Поскольку Тпс=5,4·10-3 с, а ?и=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
видим, что это условие выполняется с большим запасом.
Таким образом, заданная точность прогноза при выбранных параметрах сигнала надежно
обеспечивает однозначное определение дальности.
19
2
6
6
5