Проектирование командно-измерительной радиолинии системы управления летательным аппаратом

московский государственный ордена ленина И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИавиационный институт имени СЕРГООРДЖОНИКИДЗЕ техническийуниверситет факультетрадиоэлектроники лаКафедра402 Проектированиекомандно-измерительной радиолиниисистемы управления летательным аппаратом Выполнил О. А. Левин и др гр. 04-517Преподаватель В. В. Заикин москва1997Техническое заданиеСпроектировать командно-измерительную линию, взяв вкачестве основы функциональную схему, изображенную на рис. 1 при следующихисходных данных 1. Время сеанса связи не более 10 минут.2. За сеанс требуется передать по информационному каналуне менее 105 символов при вероятности ошибки на символ не больше 10-3.3. В сеансе требуется измерить дальность с ошибкой неболее 20 м при точности прогноза 50 км.4. Энергетический потенциал отношение мощности сигнала кспектральной плотности шума на входе приемника 104 Гц.5. Несущая частота радиолинии 103 МГц.6. Занимаемый радиолинией диапазон частот не более0,5 МГц.7. Априорная неизвестность частот в сигнале до 10-5от номинала.Дополнительные условия frac34 Точность и достоверность измерений и передачиинформации определяются в основном шумом. frac34 Шумовые ошибки в запросной и ответной линии дальномераможно считать одинаковыми. frac34 Дальномер должен выдавать независимые отсчетыдальности с интервалом в 1 секунду.В результате расчета должны быть выбраны следующиеосновные параметры подсистем передающего и приемного трактов frac34 частота задающего генератора в передающем тракте frac34 скорость передачи информационных символов frac34 параметры фазового модулятора передатчика frac34 число каскадов в генераторах ПС-кода frac34 параметры системы ФАПЧ в приемнике frac34 полоса пропускания ВЧ-преобразователя в приемнике frac34 полосы пропускания полосового ограничителя и ФНЧ ваппаратуре разделения каналов frac34 параметры системы тактовой синхронизации в аппаратуредекодирования.

Спектры используемых сигналовРис. 1. СпектрПШСРис. 2.Спектр сигнала тактовой синхронизации UПШСх2F f Рис. 3. Правая половинаспектра сигнала в радиолинииРис. 4. Спектрсигнала на несущейВыбор параметров системыШумовая полоса ФАПЧПоложим, что на режим захвата можно выделить 10 времени сеанса 1 мин Диапазон неизвестности частоты задан, как 10-5от номинала 1 ГГц, т. е. поиск надо вести в полосе . Для надежности этот диапазон надо пройти 5-6 раз, поэтому один проход будет совершатьсяза время Тп 10 с. Отсюда получим требуемую скоростьперестройки частоты . Для надежного захвата сигнала при такой скороститребуется ФАПЧ с достаточно малой инерционностью широкой шумовой полосой .Шумовая полоса будет опре де лять ся по формуле Необходимая мощность гармоники нанесущей частотеиз условия нормальной работы ФАПЧ в режиме слеженияДисперсия шумовой ошибки определяется по формуле где GШ спектральная плотность шума на входеФАПЧ Вт Гц , РСН мощность гармоники на несущейчастоте.

Положим , тогда необходимо иметь В техническом задании указан полный энергетическийпотенциал радиолинии 104 Гц. Следовательно, на гармоникус несущей частотой следует выделить от полноймощности сигнала.

Мощность гармоники на несущей . Учитывая, что полная мощность сигнала КИМ-ФМн-ФМбудет , имеем .Оценка необходимой мощности сигнала винформационном каналеНа режим приема в сеансе остается 9 минут.

За этовремя надо передать 105символов.

Значит длительность одного символа ТПС lt 540 10-5 с.Информация передается третьим членом в спектре сигнала.

Соответствующаямощность где hи часть мощности, затрачиваемая на передачу информации. Вероятность ошибки недолжна превышать 10-3, поэтому из интеграла вероятности РСИ GШИ gt 890 Гц.Выбор девиации фазы в фазовоммодуляторе передатчикаИз предыдущих расчетов имеем Решив эти трансцендентные уравнения, получим mC 1,085 рад mИ 1 рад.Распределение мощности междукомпонентами сигналаВыше было найдено, что на несущую приходится 0,13, ана информацию 0,089 полной мощности сигнала.

Мощность сигналасинхронизации будет определяться по формуле Выбортактовой частоты,обеспечивающей заданную точность измерения дальностиДальность измеряется по сигналу символьнойсинхронизации, имеющему остроугольную сигнальную функцию.

Максимальная ошибкапо дальности будет определяться по формуле где с скорость распространения радиоволн k2 10 коэффициент запаса b 3 tИ 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 радиолинией,следовательно, DRmax 10 м.Зная это, найдем, что tИ lt 4,4 10-5 с.Следовательно, тактовая частота 2Fт должна быть меньше величины1 tИ 22,7 кГцВыбор параметров задающего генератора игенератора ПШСВыберем необходимое число символов в ПШС nпс Ближайшее целое число, удовлетворяющее этомуусловию 127. Пересчитанное значение длительности импульса составит42,5 мкс и тактовая частота 2Fт 23,53 кГц.Проверка надежности работы ФАПЧ врежиме захвата и выделения несущейПроверим, не будут ли мешать гармоники сигнала,лежащие рядом с несущей частотой.

Полоса ФАПЧ выбрана шириной 80 Гц и впроцессе поиска просматривается диапазон 10 кГцоколо несущей.

Полоса частот, связанная с модуляцией несущей сигналомКИМ- ФМн, отстоит на частоту 4Fт 47,06 кГц и в полосу поиска непопадает.

В режиме слежения за несущей сигнал выделяется полосойФАПЧ 40 кГц.Ближайшая гармоника синхросигнала отстоит на частоту 1 Тпс 185 Гци в полосу ФАП не попадает. Проверим, не может ли произойти ложный захват ФАПЧгармоникой, связанной с модуляцией несущей синхросигналом. Они находятся вполосе ФАПЧ и могут селектироваться только по амплитуде.Амплитуда Аmaxнаибольшей из гармоник синхросигнала, попадающей в полосу поиска где Аm амплитуда максимальной гармоники всинхросигнале.

Полезная гармоника имеет амплитуду 0,362UН,т. е. почти в 100 раз больше по мощности, что обеспечивает легкуюселекцию.Определение необходимых полоспропускания фильтров в приемном тракте Полосовой ограничитель должен пропускать сигналКИМ-ФМн. В спектре сигнала UД t после синхронногодетектора сигнал расположен вблизи частоты 47,06 кГц и занимает полосупримерно 4 5 ТПС 1 кГц. При нестабильностичастоты 10-5 от номинала частотный сдвиг не превысит 500 Гц.Следовательно, полосовой ограничитель должен быть настроен на частоту47,06 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 трактадолжен пропустить достаточное число полезных компонент сигнала, т.е. иметьполосу не менее 12FТ,к этому надо добавить нестабильность несущей 10 кГц .Следовательно, полоса должна быть порядка 2 142 10 кГц 300 кГц. Эта жевеличина определяет занимаемый радиолинией диапазон частот.

Проверка выполнения требований ТЗпо необходимой точности прогноза дальности Рис. 5. Сигнальная функция синхросигнал В задании указана точность прогноза дальности50 км. Это обеспечивает прогноз по задержке 0,333 10-3 с.Поскольку Тпс 5,4 10-3 с, а tи 4,25 10-5 с,в диапазон исследуемых задержек может попасть только один большой пиксигнальной функ ции и большое число малых пиков высотой 1 nпс. Надежные измерения обеспечиваются только при условии Зная, что в данном случаевидим, что этоусловие выполняется с большим запасом.

Таким образом, заданная точностьпрогноза при выбранных параметрах сигнала надежно обеспечивает однозначноеопределение дальности.