Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом

1. Техническое задание

Спроектировать командно-измерительную линию, взяв в качестве основы функциональную схему, изображенную на рис. 1 при следующих исходных данных:

Время сеанса связи не более 10 минут.

За сеанс требуется передать по информационному каналу не менее 10⁵ символов при вероятности ошибки на символ не больше 10^-3.

В сеансе требуется измерить дальность с ошибкой не более 20 м при точности прогноза 50 км.

Энергетический потенциал (отношение мощности сигнала к спектральной плотности шума) на входе приемника - 10⁴ Гц.

Несущая частота радиолинии - 10³ МГц.

Занимаемый радиолинией диапазон частот не более 0,5 МГц.

Априорная неизвестность частот в сигнале до 10^-5 от номинала.

Дополнительные условия

Точность и достоверность измерений и передачи информации определяются в основном шумом.

Рис. 1. Спектр ПШС

Рис. 2. Спектр сигнала тактовой синхронизации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Правая половина спектра сигнала в радиолинии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Спектр сигнала на несущей

2. 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 будет совершаться за время Т_п=10 с. Отсюда получим требуемую скорость перестройки частоты:. Для надежного захвата сигнала при такой скорости требуется ФАПЧ с достаточно малой инерционностью (широкой шумовой полосой). Шумовая полоса будет определяться по формуле:

Необходимая мощность гармоники на несущей частоте из условия нормальной работы ФАПЧ в режиме слежения

Дисперсия шумовой ошибки определяется по формуле:

На режим приема в сеансе остается 9 минут. За это время надо передать 10⁵ символов. Значит длительность одного символа Т_ПС<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): Р_СИ/G_ШИ>890 Гц.

4. Выбор девиации фазы в фазовом модуляторе передатчика

Из предыдущих расчетов имеем:

Решив эти трансцендентные уравнения, получим: m_C=1,085 рад., m_И=1 рад.

5. 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=Р_ссТ_изм - энергия сигнала (время измерения - 1 с). Общая ошибка по дальности (20 м) поровну распределена между запросной и ответной радиолинией, следовательно, R_max=10 м. Зная это, найдем, что _И<4,4·10^-5 с. Следовательно, тактовая частота 2F_т должна быть меньше величины 1/_И=22,7 кГц.

6. Выбор параметров задающего генератора и генератора ПШС

Выберем необходимое число символов в ПШС (n_пс):

Ближайшее целое число, удовлетворяющее этому условию - 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит 42,5 мкс и тактовая частота 2F_т=23,53 кГц.

7. 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 4F_т=47,06 кГц и в полосу поиска не попадает.

В режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосой ФАПЧ 40 кГц. Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1/Т_пс=185 Гц и в полосу ФАП не попадает.

Проверим, не может ли произойти ложный захват ФАПЧ гармоникой, связанной с модуляцией несущей синхросигналом. Они находятся в полосе ФАПЧ и могут селектироваться только по амплитуде. Амплитуда А_max наибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей в полосу поиска:

где А_m - амплитуда максимальной гармоники в синхросигнале. Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362U_Н, т.е. почти в 100 раз больше по мощности, что обеспечивает легкую селекцию.

8. Определение необходимых полос пропускания фильтров в приемном тракте

Полосовой ограничитель должен пропускать сигнал КИМ-ФМн. В спектре сигнала U_Д(t) после синхронного детектора сигнал расположен вблизи частоты 47,06 кГц и занимает полосу примерно (4… 5)/Т_ПС=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.

ФНЧ канала синхронизации выделяет синхросигнал. Считая, что полоса занимаемых частот соответствует примерно 12F_Т, находим необходимую полосу фильтра в 142 кГц.

Высокочастотный преобразователь приемного тракта должен пропустить достаточное число полезных компонент сигнала, т.е. иметь полосу не менее 12F_Т, 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.

шумовой ошибка дальномер радиолиния

Размещено на Allbest.ru