Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»
Факультет компьютерных технологий
Кафедра «Прикладная математика и информатика»
РЕФЕРАТ
по дисциплине «Аппаратура связи»
Системы радиосвязи
Студент группы 9КБ-1 А.Д. Нагорный
Преподаватель В.А. Зеленов
2010
Содержание
Введение
1. Радиорелейная связь
2. Тропосферная радиосвязь
3. Волоконно-оптическая связь
3.1 Физическая основа
3.2 Применение
3.3 История
4. Спутниковая связь
4.1 История
4.2 Спутниковые ретрансляторы
4.3 Орбиты спутниковых ретрансляторов
4.4 Многократное использование частот. Зоны покрытия
4.5 Модуляция и помехоустойчивое кодирование
4.6 Множественный доступ
4.7 Магистральная спутниковая связь
4.8 Системы VSAT
4.9 Системы подвижной спутниковой связи
4.10 Недостатки спутниковой связи
Заключение
Список использованных источников
Введение
Радиосвязь - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве. Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амлитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей - несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок). Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения, возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).
Распространение радиоволн от источника к приёмнику может происходить несколькими путями одновременно. Такое распространение называется многолучёвостью. Вследствие многолучёвости и изменений параметров среды, возникают замирания - изменение уровня принимаемого сигнала во времени. При многолучёвости изменение уровня сигнала происходит вследствие интерференции, то есть в точке приёма электромагнитное поле представляет собой сумму смещённых во времени радиоволн диапазона. В общем виде системы радиосвязи можно разделить на 4 группы: радиорелейные, тропосферные, спутниковые, волоконно-оптические. Наиболее подробно я остановлюсь на спутниковой связи.
1. Радиорелейная связь
Радиорелейная связь- радиосвязь по линии (радиорелейная линия, РРЛ), образованной цепочкой приёмо-передающих (ретрансляционных) радиостанций. Наземная радиорелейная связь осуществляется обычно на деци- и сантиметровых волнах (от сотен мегагерц до десятков гигагерц).
По назначению радиорелейные системы связи делятся на три категории, каждой из которых на территории России выделены свои диапазоны частот:
- местные линии связи от 0,39 ГГц до 40,5 ГГц;
- внутризоновые линии от 1,85 ГГц до 15,35 ГГц;
- магистральные линии от 3,4 ГГц до 11,7 ГГц.
Данное деление связано с влиянием среды распространения на обеспечение надёжности радиорелейной связи. До частоты 12ГГц атмосферные явления оказывают слабое влияние на качество радиосвязи, на частотах выше 15ГГц это влияние становится заметным, а выше 40ГГц определяющим, кроме того, на частотах выше 40ГГц значительное влияние на качество связи оказывает затухание в газах, составляющих атмосферу Земли.
Атмосферные потери, в основном, складываются из потерь в атомах кислорода и в молекулах воды. Практически полная непрозрачность атмосферы для радиоволн наблюдается на частоте 118.74 ГГц (резонансное поглощение в атомах кислорода), а на частотах больше 60 ГГц погонное затухание превышает 15 дБ/км. Ослабление в водяных парах атмосферы зависит от их концентрации и весьма велико во влажном теплом климате и доминирует на частотах ниже 45 ГГц.
Также отрицательно на радиосвязь влияют гидрометеоры, к которым относятся капли дождя, снег, град, туман и пр. Влияние гидрометеоров заметно уже при частотах больше 6 ГГц, а в неблагоприятных экологических условиях (при наличии в атмосферных осадках металлизированной пыли, смога, кислот или щелочей) и на значительно более низких частотах.
Антенны соседних станций располагают в пределах прямой видимости (за исключением тропосферных станций). Для увеличения длины интервала между станциями антенны устанавливают как можно выше — на мачтах (башнях) высотой 10—100 м (радиус видимости — 40-50 км) и на высоких зданиях. Станции могут быть как стационарными, так и подвижными (на автомобилях).
Принципиальным отличием радиорелейной станции от иных радиостанций является дуплексный режим работы, то есть приём и передача происходят одновременно (на разных несущих частотах).
Протяженность наземной линии радиорелейной связи — до 10000 км, ёмкость - до нескольких тысяч каналов тональной частоты в аналоговых линиях связи, и до 622 мегабит в цифровых линиях связи. В общем случае, протяжённость и ёмкость (скорость передачи данных) находятся в обратно пропорциональной зависимости друг от друга: как правило, чем больше расстояние, тем ниже скорость, и наоборот.
В Российской Федерации для вновь вводимых магистральных радиорелейных линий связи определены скорости передачи, равные 155 Мбит/с (поток STM-1 синхронной цифровой иерархии, SDH) или 140 Мбит/с (поток Е4 плезиохронной цифровой иерархии, PDH, передаваемый в составе сигнала STM-1).
В СССР начало развитию радиорелейной промышленности было положено в середине 50-х годов. Причиной для этого стала дешевизна радиорелейной связи по сравнению с кабельными линиями, особенно в условиях огромных пространств с неразвитой инфраструктурой и сложной геологической структурой местности. Первая магистральная радиорелейная система Р-600 (Р-600М, Р-600-МВ, «Рассвет-2») была создана в 1958 году. В 1970 году появился комплекс унифицированных радиорелейных систем «КУРС». Все это позволило в 60—70-е годы развить сеть связи страны, обеспечить качественную телефонию и наладить передачу программ центрального телевидения. К середине 70-х годов в стране была построена уникальная радиорелейная линия, протяжённость которой составляла около 10 тыс. км, емкостью каждого ствола равной 14400 каналов тональной частоты. Суммарная протяженность РРЛ в СССР превысила к середине 70-х годов 100 тыс. км.
Среди созданных радиорелейных линий связи можно назвать тропосферную радиорелейную линию связи «Север» (ТРРЛ «Север»).
2. Тропосферная радиосвязь
Тропосферная радиосвязь, дальняя радиосвязь, основанная на использовании явления переизлучения электромагнитной энергии в электрически неоднородной тропосфере при распространении в ней радиоволн; осуществляется в диапазонах дециметровых и сантиметровых волн.
Электрическая неоднородность тропосферы (неоднородность её диэлектрической проницаемости e) обусловлена случайными локальными изменениями температуры, давления и влажности воздуха, а также регулярным уменьшением этих величин с увеличением высоты. Переизлучение энергии происходит в области пересечения диаграмм направленности передающей и приёмной антенн. Расстояние между пунктами передачи и приёма может достигать 1000 км. Однако на практике обычно сооружают линии радиорелейной связи, в которых тропосферную радиосвязь используют во всех звеньях линии или только в некоторых из них. Протяжённость таких линий достигает несколько тыс. км.
Из-за малой интенсивности тропосферных неоднородностей (малых перепадов средняя мощность сигнала при тропосферной радиосвязи очень низка и уменьшается с расстоянием R пропорционально 1/Rn, где n = 10-12. Постоянно происходят случайные изменения уровня радиосигнала (его замирания), вызванные пространственными и временными изменениями e.
Поэтому при тропосферной радиосвязи необходимо использовать передатчики большой мощности (1-50 кВт), высокочувствительные приёмники, антенны больших размеров, а также применять специальные методы передачи, позволяющие ослабить влияние замираний сигнала: передачу и приём одного и того же сообщения на нескольких несущих частотах; приём на пространственно разнесённые антенны.
Энергетические параметры современного приемопередающего оборудования позволяют создавать до 120-240 телефонных каналов в одном высокочастотном стволе при R = 150-250 км и до 12 каналов при R = 800—1000 км. Передача телевизионных сигналов возможна лишь при R < 150-200 км, причём из-за прихода в пункт приёма множества волн с различным временем запаздывания качество передачи оказывается невысоким. Линии тропосферная радиосвязи обычно сооружают в малонаселённых труднодоступных районах, где их строительство и эксплуатация экономически и технически оправданы.
3. Волоконно-оптическая связь
Волоконно-оптическая связь-вид проводной электросвязи, использующий в качестве носителя информационного сигнала электромагнитное излучение оптического (ближнего инфракрасного) диапазона, а в качестве направляющих систем — волоконно-оптические кабели. Благодаря высокой несущей частоте и широким возможностям мультиплексирования, пропускная способность волоконно-оптических линий многократно превышает пропускную способность всех других систем связи и может измеряться терабитами в секунду. Малое затухание света в оптическом волокне обуславливает возможность применения волоконно-оптической связи на значительных расстояниях без использования усилителей. Волоконно-оптическая связь свободна от электромагнитных помех и недоступна для несанкционированного использования — перехватить сигнал, передаваемый по оптическому кабелю, невозможно.
3.1 Физическая основа
Полное внутреннее отражение в оптической среде. В основе волоконно-оптической связи лежит явление полного внутреннего отражения электромагнитных волн на границе раздела диэлектриков с разными показателями преломления. Оптическое волокно состоит из двух элементов — сердцевины, являющейся непосредственным световодом, и оболочки. Показатель преломления сердцевины несколько больше показателя преломления оболочки, благодаря чему луч света, испытывая многократные переотражения на границе сердцевина-оболочка, распространяется в сердцевине, не покидая её.
3.2 Применение
Волоконно-оптическая связь находит всё более широкое применение во всех областях - от компьютеров и бортовых космических, самолётных и корабельных систем, до систем передачи информации на большие расстояния, например, в настоящее время успешно используется волоконно-оптическая линия связи Западная Европа — Япония, большая часть которой проходит по территории России. Кроме того, увеличивается суммарная протяжённость подводных волоконно-оптических линий связи между континентами.
«Волокно в каждый дом» - термин, используемый телекоммуникационными провайдерами, для обозначения широкополосных телекоммуникационных систем, базирующихся на проведении волоконного канала и его завершения на территории конечного пользователя путём установки терминального оптического оборудования для предоставления комплекса телекоммуникационных услуг, включающего:
- высокоскоростной доступ в Интернет;
- услуги телефонной связи;
- услуги телевизионного приёма.
Стоимость использования волоконно-оптической технологии уменьшается, что делает данную услугу конкурентоспособной по сравнению с традиционными услугами.
3.3 История
Историю систем передачи данных на большие расстояния следует начинать с древности, когда люди использовали дымовые сигналы. С того времени эти системы кардинально улучшились, появились сначала телеграф, затем — коаксиальный кабель. В своем развитии эти системы рано или поздно упирались в фундаментальные ограничения: для электрических систем это явление затухания сигнала на определённом расстоянии, для СВЧ — несущая частота. Поэтому продолжались поиски принципиально новых систем, и во второй половине XX века решение было найдено — оказалось, что передача сигнала с помощью света гораздо эффективнее как электрического, так и СВЧ-сигнала.
В 1966 году Као и Хокман из STC Laboratory (STL) представили оптические нити из обычного стекла, которые имели затухание в 1000 дБ/км (в то время как затухание в коаксиальном кабеле составляло всего 5-10 дБ/км) из-за примесей, которые в них содержались и которые в принципе можно было удалить.
Существовало две глобальных проблемы при разработке оптических систем передачи данных: источник света и носитель сигнала. Первая разрешилась с изобретением лазеров в 1960 году, вторая — с появлением высококачественных оптических кабелей в 1970 году. Это была разработка Corning Glass Works. Затухание в таких кабелях составляло около 20 дБ/км, что было вполне приемлемым для передачи сигнала в телекоммуникационных системах. В то же время, были разработаны достаточно компактные полупроводниковые GaAs-лазеры.
После интенсивных исследований в период с 1975 по 1980 год появилась первая коммерческая волоконно-оптическая система, оперировавшая светом с длиной волны 0,8 мкм и использовавшая полупроводниковый лазер на основе арсенида галлия (AsGa). Битрейт систем первого поколения составлял 45 Мбит/с, расстояние между повторителями — 10 км.
22 апреля 1977 года в Лонг-Бич, штат Калифорния, компания General Telephone and Electronics впервые использовала оптический канал для передачи телефонного трафика на скорости 6 Мбит/с.
Второе поколение волоконно-оптических систем было разработано для коммерческого использования в начале 1980-х. Они оперировали светом с длиной волны 1,3 мкм от InGaAsP-лазеров. Однако такие системы всё ещё были ограниченны из-за рассеивания, возникающего в канале. Однако уже в 1987 году эти системы работали на скорости до 1,7 Гбит/с при расстоянии между повторителями 50 км.
Первый трансатлантический телефонный оптический кабель — ТАТ-8 — был введён в эксплуатацию в 1988 году. В его основе лежала оптимизированная технология Desurvire усиления лазера.
ТАТ-8 разрабатывался как первый подводный волоконно-оптический кабель между Соединёнными Штатами и Европой.
Разработка систем волнового мультиплексирования позволило в несколько раз увеличить скорость передачи данных по одному волокну и к 2003 году при применении технологии спектрального уплотнения была достигнута скорость передачи 10,92 Тбит/с (273 оптических канала по 40 Гбит/с). В 2009 году лаборатории Белла посредством мультиплексирования 155 каналов по 100 Гбит/с удалось передать сигнал со скоростью 15,5 Тбит/с на расстояние 7000 километровhttp://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%BE-%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C&printable=yes - cite_note-1.
4. Спутниковая связь
Спутниковая связь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.
Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает - в большинстве случаев достаточно и одного.
4.1 История
В 1945 году в статье «Внеземные ретрансляторы» («Extra-terrestrial Relays»), опубликованной в октябрьском номере журнала «Wireless World», английский учёный, писатель и изобретатель Артур Кларк предложил идею создания системы спутников связи на геостационарных орбитах, которые позволили бы организовать глобальную систему связи.
Впоследствии Кларк на вопрос, почему он не запатентовал изобретение (что было вполне возможно), отвечал, что не верил в возможность реализации подобной системы при своей жизни, а также считал, что подобная идея должна приносить пользу всему человечеству.
Первые исследования в области гражданской спутниковой связи в западных странах начали появляться во второй половине 50-х годов XX века. В США толчком к ним послужили возросшие потребности в трансатлантической телефонной связи.
В 1957 году в СССР был запущен первый искусственный спутник Земли с радиоаппаратурой на борту.
12 августа 1960 года специалистами США был выведен на орбиту высотой 1,5 км надувной шар. Этот космический аппарат назывался «Эхо-1». Его металлизированная оболочка диаметром 30 м выполняла функции пассивного ретранслятора.
20 августа 1964 года 11 стран подписали соглашение о создании международной организации спутниковой связи Intelsat (International Telecommunications Satellite organization), но СССР в их число не входил по политическим причинам. 6 апреля 1965 года в рамках этой программы был запущен первый коммерческий спутник связи Early Bird («ранняя пташка»), произведенный корпорацией COMSAT.
По сегодняшним меркам спутник Early Bird (INTELSAT I) обладал более чем скромными возможностями: обладая полосой пропускания 50 МГц, он мог обеспечивать до 240 телефонных каналов связи. В каждый конкретный момент времени связь могла осуществляться между земной станцией в США и только одной из трёх земных станций в Европе (в Великобритании, Франции или Германии), которые были соединены между собой кабельными линиями связи.
В дальнейшем технология шагнула вперед, и спутник INTELSAT IX уже обладал полосой пропускания 3456 МГц.
В СССР долгое время спутниковая связь развивались только в интересах Министерства Обороны СССР. В силу большей закрытости космической программы развитие спутниковой связи в социалистических странах шло иначе чем в западных странах. Развитие гражданской спутниковой связи началось соглашением между 9 странами социалистического блока о создании системы связи «Интерспутник» которое было подписано только в 1971 году.
4.2 Спутниковые ретрансляторы
В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы (примеры — спутники «Эхо» и «Эхо-2»), которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто — металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованны электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными. Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).
Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.
4.3 Орбиты спутниковых ретрансляторов
Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:
· экваториальные,
· наклонные,
· полярные.
Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно.
Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.
Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.
Полярная орбита — предельный случай наклонной (с наклонением 90º).
При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки.
4.4 Многократное использование частот. Зоны покрытия
Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами:
· пространственное разделение — каждая антенна спутника принимает сигнал только с определенного района, при этом разные районы могут использовать одни и те же частоты,
· поляризационное разделение — различные антенны принимают и передают сигнал во взаимно перпендикулярных плоскостяхполяризации, при этом одни и те же частоты могут применяться два раза (для каждой из плоскостей).
Типичная карта покрытия для спутника, находящегося на геостационарной орбите, включает следующие компоненты:
· глобальный луч — производит связь с земными станциями по всей зоне покрытия, ему выделены частоты, не пересекающиеся с другими лучами этого спутника.
· лучи западной и восточной полусфер — эти лучи поляризованы в плоскости A, причем в западной и восточной полусферах используется один и тот же диапазон частот.
· зонные лучи — поляризованы в плоскости B (перпендикулярной A) и используют те же частоты, что и лучи полусфер. Таким образом, земная станция, расположенная в одной из зон, может использовать также лучи полусфер и глобальный луч.
При этом все частоты (за исключением зарезервированных за глобальным лучом) используются многократно: в западной и восточной полусферах и в каждой из зон.
4.5 Модуляция и помехоустойчивое кодирование
Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:
· значительной удаленностью приемника от передатчика,
· ограниченной мощностью спутника (невозможностью вести передачу на большой мощности).
В связи с этим спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя, например, импульсно-кодовую модуляцию (ИКМ).
Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией). Наиболее распространенными видами цифровой модуляции для приложений спутниковой связи являются фазовая манипуляция и квадратурная амплитудная модуляция. Например, в системах стандарта DVB-S2 применяются QPSK, 8-PSK, 16-APSK и 32-APSK.
Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну. Спутник принимает сигнал, усиливает, иногда регенерирует, переносит на другую частоту и с помощью определённой передающей антенны транслирует на землю.
Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты свёрточных кодов (иногда в сочетании с кодами Рида-Соломона), а также турбо-коды и LDPC-коды.
4.6 Множественный доступ
Для обеспечения возможности одновременного использования спутникового ретранслятора несколькими пользователями применяют системы множественного доступа:
· Множественный доступ с частотным разделением — при этом каждому пользователю предоставляется отдельный диапазон частот.
· множественный доступ с временны́м разделением — каждому пользователю предоставляется определенный временной интервал (таймслот), в течение которого он производит передачу и прием данных.
· множественный доступ с кодовым разделением — при этом каждому пользователю выдается кодовая последовательность, ортогональная кодовым последовательностям других пользователей. Данные пользователя накладываются на кодовую последовательность таким образом, что передаваемые сигналы различных пользователей не мешают друг другу, хотя и передаются на одних и тех же частотах.
Кроме того, многим пользователям не требуется постоянный доступ к спутниковой связи. Этим пользователям канал связи (таймслот) выделяется по требованию с помощью технологии DAMA (Demand Assigned Multiple Access — множественный доступ с предоставлением каналов по требованию).
4.7 Магистральная спутниковая связь
Изначально возникновение спутниковой связи было продиктовано потребностями передачи больших объёмов информации. Первой системой спутниковой связи стала система Intelsat, затем были созданы аналогичные региональные организации (Eutelsat, Arabsat и другие). С течением времени доля передачи речи в общем объёме магистрального трафика постоянно снижалась, уступая место передаче данных.
С развитием волоконно-оптических сетей последние начали вытеснять спутниковую связь с рынка магистральной связи.
4.8 Системы VSAT
Системы VSAT (Very Small Aperture Terminal — терминал с очень маленькой апертурой) предоставляют услуги спутниковой связи клиентам (как правило, небольшим организациям), которым не требуется высокая пропускная способность канала. Скорость передачи данных для VSAT-терминала обычно не превышает 2048 кбит/с.
Слова «очень маленькая апертура» относятся к размерам антенн терминалов по сравнению с размерами более старых антенн магистральных систем связи. VSAT-терминалы, работающие в C-диапазоне, обычно используют антенны диаметром 1,8-2,4 м, в Ku-диапазоне — 0,75-1,8 м.
В системах VSAT применяется технология предоставления каналов по требованию.
4.9 Системы подвижной спутниковой связи
Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала. Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:
· Спутники располагаются на геостационарной орбите. Поскольку эта орбита удалена от Земли на расстояние 35786 км, на спутник требуется установить мощный передатчик. Этот подход используется системой Inmarsat (основной задачей которой является предоставление услуг связи морским судам) и некоторыми региональными операторами персональной спутниковой связи (например, Thuraya).
· Множество спутников располагается на наклонных или полярных орбитах. При этом требуемая мощность передатчика не так высока, и стоимость вывода спутника на орбиту ниже. Однако такой подход требует не только большого числа спутников, но и разветвленной сети наземных коммутаторов. Подобный метод используется операторами Iridiumи Globalstar.
С операторами персональной спутниковой связи конкурируют операторы сотовой связи. Характерно, что как Globalstar, так и Iridium испытывали серьёзные финансовые затруднения, которые довели Iridium до реорганизационного банкротства в 1999 г.
В декабре 2006 года был запущен экспериментальный геостационарный спутник Кику-8 с рекордно большой площадью антенны, который предполагается использовать для отработки технологии работы спутниковой связи с мобильными устройствами, не превышающими по размерам сотовые телефоны.
4.10 Недостатки спутниковой связи
Слабая помехозащищённость. Огромные расстояния между земными станциями и спутником являются причиной того, что отношение сигнал/шум на приемнике очень невелико (гораздо меньше, чем для большинства радиорелейных линий связи). Для того, чтобы в этих условиях обеспечить приемлемую вероятность ошибки, приходится использовать большие антенны, малошумящие элементы и сложные помехоустойчивые коды. Особенно остро эта проблема стоит в системах подвижной связи, так как в них есть ограничение на размер антенны и, как правило, на мощность передатчика.
Влияние атмосферы. На качество спутниковой связи оказывают сильное влияние эффекты в тропосфере и ионосфере.
Поглощение в тропосфере. Поглощение сигнала атмосферой находится в зависимости от его частоты. Максимумы поглощения приходятся на 22,3 ГГц (резонанс водяных паров) и 60 ГГц (резонанскислорода). В целом, поглощение существенно сказывается на распространении сигналов с частотой выше 10 ГГц (то есть, начиная с Ku-диапазона). Кроме поглощения, при распространении радиоволн в атмосфере присутствует эффект замирания, причиной которому является разница в коэффициентах преломления различных слоев атмосферы.
Задержка распространения сигнала. Проблема задержки распространения сигнала так или иначе затрагивает все спутниковые системы связи. Наибольшей задержкой обладают системы, использующие спутниковый ретранслятор на геостационарной орбите. В этом случае задержка, обусловленная конечностью скорости распространения радиоволн, составляет примерно 250 мс, а с учетом мультиплексирования, коммутации и задержек обработки сигнала общая задержка может составлять до 400 мс. Задержка распространения наиболее нежелательна в приложениях реального времени, например, в телефонной связи. При этом, если время распространения сигнала по спутниковому каналу связи составляет 250 мс, разница во времени между репликами абонентов не может быть меньше 500 мс.
В некоторых системах (например, в системах VSAT, использующих топологию «звезда») сигнал дважды передается через спутниковый канал связи (от терминала к центральному узлу, и от центрального узла к другому терминалу). В этом случае общая задержка удваивается.
Заключение
Развитие и жизнь современного общества немыслимы без широкого использования разнообразных средств и систем передачи сообщений. Объём информации (сообщений) непрерывно возрастает, увеличивается дальность связи, более высокими становятся требования к надёжности, качеству связи, эффективности использования оборудования. Всё это приводит к непрерывному совершенствованию всех систем, в том числе и систем радиосвязи. В перспективе, данная область (системы передачи информации) будет развиваться ещё больше, т.к. концепции построения современного общества фактически основаны на информации.
Список использованных источников
1 Волков, Л.Н. Системы цифровой радиосвязи / Л.Н. Волков – М. : Эко-Трендз. - 2005. – 392 с.
2 Весоловский, Кшиштоф Системы подвижной радиосвязи / Кшиштоф Весоловский – М. : Горячая линия - Телеком. – 2006. – 529 с.
3 Гаранин, М.В. Системы и сети передачи информации: Учебное пособие для вузов / М.В. Гаранин – М. : Радио и связь. – 2001. – 336 с.
4 Крухмалев, В.В. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов / В.В. Крухмалев – М. : Горячая линия - Телеком. – 2004. – 150 с.
5 Мамчев, Г.В. Основы радиосвязи и телевидения. Учебное пособие для вузов / Г.В. Мамчев – М. : Горячая линия - Телеком. – 2007. – 416 с.
superbotanik.net
МОУ Парабельская гимназия
Реферат
Спутниковые системы связи
Выполнил
Горошкина Ксения
ученица 11 класса
Проверил
Борисов Александр Владимирович
Парабель
2010 год
Оглавление
Введение 3
1. Принципы организации спутниковых каналов связи 4
2. Орбиты спутников связи 5
3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи 6
4. Сферы применения спутниковой связи 6
4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT 7
4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи 7
5. Технологии, используемые в спутниковой связи 8
6. История создания спутниковых систем связи 11
6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ «Молния-1» 12
6.2. Первая в мире спутниковая система «Орбита» для распределения ТВ-программ 13
6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания «Экран» 14
6.4. Системы распределения ТВ-программ «Москва» и «Москва-Глобальная 15
6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц 16
6.6. Создание системы „Интерспутник“ 16
6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи 17
6.8. В заключении… 17
Вывод 19
Список используемой литературы 20
Введение
Спутниковые системы связи (ССC) известны давно, и используются для передачи различных сигналов на протяженные расстояния. С момента своего появления спутниковая связь стремительно развивалась, и по мере накопления опыта, совершенствования аппаратуры, развития методов передачи сигналов произошел переход от отдельных линий спутниковой связи к локальным и глобальным системам.
Такие темпы развития ССC объясняются рядом достоинств которыми они обладают. К ним, в частности, относятся большая пропускная способность, неограниченные перекрываемые пространства, высокое качество и надежность каналов связи. Эти достоинства, которые определяют широкие возможности спутниковой связи, делают ее уникальным и эффективным средством связи. Спутниковая связь в настоящее время является основным видом международной и национальной связи на большие и средние расстояния. Использование искусственных спутников Земли для организации связи продолжает расширяться по мере развития существующих сетей связи. Многие страны создают собственные национальные сети спутниковой связи.
В нашей стране создается единая автоматизированная система связи. Для этого развиваются, совершенствуются и находят новые области применения различные технические средства связи.
В своем реферате я рассмотрю принципы организации спутниковых систем, сферы применения, историю создания ССС. В наше время спутниковому вещанию уделяется большое внимание, поэтому мы должны знать принцип работы системы.
1. Принципы организации спутниковых каналов связи
Спутниковая связь — один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов.
Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. Спутниковая связь является развитием традиционной радиорелейной связи путем вынесения ретранслятора на очень большую высоту (от сотен до десятков тысяч км). Так как зона его видимости в этом случае — почти половина Земного шара, то необходимость в цепочке ретрансляторов отпадает. Для передачи через спутник сигнал должен быть модулирован. Модуляция производится на земной станции. Модулированный сигнал усиливается, переносится на нужную частоту и поступает на передающую антенну.
В первые годы исследований использовались пассивные спутниковые ретрансляторы, которые представляли собой простой отражатель радиосигнала (часто — металлическая или полимерная сфера с металлическим напылением), не несущий на борту какого-либо приёмопередающего оборудования. Такие спутники не получили распространения. Все современные спутники связи являются активными. Активные ретрансляторы оборудованы электронной аппаратурой для приема, обработки, усиления и ретрансляции сигнала. Спутниковые ретрансляторы могут быть нерегенеративными и регенеративными.
— Нерегенеративный спутник, приняв сигнал от одной земной станции, переносит его на другую частоту, усиливает и передает другой земной станции. Спутник может использовать несколько независимых каналов, осуществляющих эти операции, каждый из которых работает с определенной частью спектра (эти каналы обработки называются транспондерами).
— Регенеративный спутник производит демодуляцию принятого сигнала и заново модулирует его. Благодаря этому исправление ошибок производится дважды: на спутнике и на принимающей земной станции. Недостаток этого метода — сложность (а значит, гораздо более высокая цена спутника), а также увеличенная задержка передачи сигнала.
2. Орбиты спутников связи
Орбиты, на которых размещаются спутниковые ретрансляторы, подразделяют на три класса:
1 — экваториальные, 2 — наклонные, 3 — полярные
Важной разновидностью экваториальной орбиты является геостационарная орбита, на которой спутник вращается с угловой скоростью, равной угловой скорости Земли, в направлении, совпадающем с направлением вращения Земли. Очевидным преимуществом геостационарной орбиты является то, что приемник в зоне обслуживания «видит» спутник постоянно. Однако геостационарная орбита одна, и все спутники вывести на неё невозможно. Другим её недостатком является больша́я высота, а значит, и бо́льшая цена вывода спутника на орбиту. Кроме того, спутник на геостационарной орбите неспособен обслуживать земные станции в приполярной области.
Наклонная орбита позволяет решить эти проблемы, однако, из-за перемещения спутника относительно наземного наблюдателя необходимо запускать не меньше трех спутников на одну орбиту, чтобы обеспечить круглосуточный доступ к связи.
Полярная орбита — предельный случай наклонной.
При использовании наклонных орбит земные станции оборудуются системами слежения, осуществляющими наведение антенны на спутник. Станции, работающие со спутниками, находящимися на геостационарной орбите, как правило, также оборудуются такими системами, чтобы компенсировать отклонение от идеальной геостационарной орбиты. Исключение составляют небольшие антенны, используемые для приема спутникового телевидения: их диаграмма направленности достаточно широкая, поэтому они не чувствуют колебаний спутника возле идеальной точки. Особенностью большинства систем подвижной спутниковой связи является маленький размер антенны терминала, что затрудняет прием сигнала.
3. Типовая схема организации услуг спутниковой связи
4. Сферы применения спутниковой связи:
4.1.Принципы организации спутниковой связи VSAT:
Основной элемент спутниковой сети VSAT — ЦУС. Именно Центр Управления Сетью обеспечивает доступ клиентского оборудования с сети интернет, телефонной сети общего пользования, другим терминалам сети VSAT, реализует обмен трафиком внутри корпоративной сети клиента. ЦУС имеет широкополосное подключение к магистральным каналам связи, предоставляемым магистральными операторами и обеспечивает передачу информации от удаленного VSAT-терминала во внешний мир.
4.2.Принципы организации подвижной спутниковой связи:
Для того, чтобы мощность сигнала, достигающего мобильного спутникового приемника, была достаточной, применяют одно из двух решений:
5. Технологии, используемые в спутниковой связи
М ногократное использование частот в спутниковой связи. Поскольку радиочастоты являются ограниченным ресурсом, необходимо обеспечить возможность использования одних и тех же частот разными земными станциями. Сделать это можно двумя способами:
Ч астотные диапазоны.
Выбор частоты для передачи данных от земной станции к спутнику и от спутника к земной станции не является произвольным. От частоты зависит, например, поглощение радиоволн в атмосфере, а также необходимые размеры передающей и приемной антенн. Частоты, на которых происходит передача от земной станции к спутнику, отличаются от частот, используемых для передачи от спутника к земной станции (как правило, первые выше). Частоты, используемые в спутниковой связи, разделяют на диапазоны, обозначаемые буквами:
Название диапазона | Частоты | Применение |
L | 1,5 ГГц | Подвижная спутниковая связь |
S | 2,5 ГГц | Подвижная спутниковая связь |
С | 4 ГГц, 6 ГГц | Фиксированная спутниковая связь |
X | Для спутниковой связи в этом диапазоне частоты не определены. Для приложений радиолокации указан диапазон 8-12 ГГц. | Фиксированная спутниковая связь (для военных целей) |
Ku | 11 ГГц, 12 ГГц, 14 ГГц | Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание |
K | 20 ГГц | Фиксированная спутниковая связь, спутниковое вещание |
Ka | 30 ГГц | Фиксированная спутниковая связь, межспутниковая связь |
Ku-диапазон позволяет производить прием сравнительно небольшими антеннами, и поэтому используется в спутниковом телевидении (DVB), несмотря на то, что в этом диапазоне погодные условия оказывают существенное влияние на качество передачи. Для передачи данных крупными пользователями (организациями) часто применяется C-диапазон. Это обеспечивает более высокое качество приема, но требует довольно больших размеров антенны.
М одуляция и помехоустойчивое кодирование
Особенностью спутниковых систем связи является необходимость работать в условиях сравнительно низкого отношения сигнал/шум, вызванного несколькими факторами:
Спутниковая связь плохо подходит для передачи аналоговых сигналов. Поэтому для передачи речи её предварительно оцифровывают, используя импульсно-кодовую модуляцию. Для передачи цифровых данных по спутниковому каналу связи они должны быть сначала преобразованы в радиосигнал, занимающий определенный частотный диапазон. Для этого применяется модуляция (цифровая модуляция называется также манипуляцией).
Из-за низкой мощности сигнала возникает необходимость в системах исправления ошибок. Для этого применяются различные схемы помехоустойчивого кодирования, чаще всего различные варианты сверточных кодов, а также турбо-коды.
6. История создания спутниковых систем связи
Идея создания на Земле глобальных систем спутниковой связи была выдвинута в 1945 г. Артуром Кларком, ставшим впоследствии знаменитым писателем-фантастом. Реализация этой идеи стала возможной только через 12 лет после того, как появились баллистические ракеты, с помощью которых 4 октября 1957 г. на орбиту был запущен первый искусственный спутник Земли (ИСЗ). Для контроля за полетом ИСЗ на нем был помещен маленький радиопередатчик — маяк, работающий в диапазоне 27 МГц. Через несколько лет 12 апреля 1961 г. впервые в мире на советском космическом корабле „Восток“ Ю.А. Гагарин совершил исторический облет Земли. При этом космонавт имел регулярную связь с Землей по радио. Так началась систематическая работа по изучению и использованию космического пространства для решения различных мирных задач.
Создание космической техники сделало возможным развитие очень эффективных систем дальней радиосвязи и вещания. В США начались интенсивные работы по созданию связных спутников. Такие работы начали разворачиваться и в нашей стране. Ее огромная территория и слабое развитие связи, особенно в малонаселенных восточных районах, где создание сетей связи с помощью других технических средств (РРЛ, кабельные линии и др.) сопряжено с большими затратами, делало этот новый вид связи весьма перспективным.
У истоков создания отечественных спутниковых радиосистем стояли выдающиеся отечественные ученые и инженеры, возглавлявшие крупные научные центры: М.Ф. Решетнев, М.Р. Капланов, Н.И. Калашников, Л.Я. Кантор
Основные задачи, ставящиеся перед учеными, состояли в следующем:
• разработка спутниковых ретрансляторов телевизионного вещания и связи (»Экран", «Радуга», «Галс»), с 1969 г. спутниковые ретрансляторы разрабатывались в отдельной лаборатории, возглавляемой М.В. Бродским ;
• создание системных проектов построения спутниковой связи и вещания;
• разработка аппаратуры земных станций (ЗС) спутниковой связи: модуляторов, порогопонижающих демодуляторов ЧМ (частотной модуляции) сигналов, приемных и передающих устройств и др.;
• проведение комплексных работ по оснащению оборудованием станций спутниковой связи и вещания;
• разработка теории следящих ЧМ демодуляторов со сниженным шумовым порогом, методов многостанционного доступа, методов модуляции и помехоустойчивого кодирования;
• разработка нормативно-технической документации на каналы, тракты телевизионного и связного оборудования спутниковых систем;
• разработка систем управления и контроля ЗС и сетями спутниковой связи и вещания.
Специалистами НИИР были созданы многие национальные спутниковые системы связи и вещания, находящиеся в эксплуатации и поныне. Приемо-передающее наземное и бортовое оборудование этих систем также было разработано в НИИР. Помимо оборудования специалисты института предложили методики проектирования как самих спутниковых систем, так и отдельных, входящих в их состав устройств. Опыт проектирования спутниковых систем связи специалистов НИИР отражен в многочисленных научных публикациях и монографиях.
6.1. Первые спутниковые линии связи и вещания через ИСЗ «Молния-1»
Первые эксперименты по спутниковой связи путем отражения радиоволн от американского отражающего спутника «Эхо» и Луны, используемых в качестве пассивных ретрансляторов, проводились специалистами НИИР в 1964 г. Радиотелескопом в обсерватории в поселке Зименки Горьковской области были приняты телеграфные сообщения и простой рисунок из английской обсерватории «Джодрелл Бэнк».
Этот эксперимент доказал возможность успешного использования космических объектов для организации связи на Земле.
В лаборатории спутниковой связи были подготовлены несколько системных проектов, а затем она приняла участие в разработке первой отечественной системы спутниковой связи «Молния-1» в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Головной организацией по созданию этой системы был Московский научно-исследовательский институт радиосвязи (МНИИРС). Главным конструктором системы «Молния-1» является М.Р. Капланов — заместитель руководителя МНИИРС.
В 60-е годы в НИИР велась разработка приемо-передающего комплекса тропосферной радиорелейной системы «Горизонт», также работающей в диапазоне частот ниже 1 ГГц. Этот комплекс был модифицирован и созданная аппаратура, названная «Горизонт-К», использовалась для оснащения первой спутниковой линии связи «Молния-1», связавшей Москву и Владивосток. Эта линия предназначалась для передачи ТВ-программы или группового спектра 60 телефонных каналов. При участии специалистов НИИР в этих городах были оборудованы две земные станции (ЗС). В МНИИРС был разработан бортовой ретранслятор первого искусственного спутника связи «Молния-1», успешный запуск которого состоялся 23 апреля 1965 г. Он был выведен на высокоэллиптическую орбиту с периодом обращения вокруг Земли 12 ч. Такая орбита была удобна для обслуживания территории СССР, рас положенной в северных широтах, так как в течение восьми часов на каждом витке ИСЗ был виден с любой точки страны. Кроме того, запуск на такую орбиту с нашей территории осуществляется с меньшими затратами энергии, чем на геостационарную. Орбита ИСЗ «Молния-1» сохранила свое значение до сих пор и используется, несмотря на преобладающее развитие геостационарных ИСЗ.
6.2. Первая в мире спутниковая система «Орбита» для распределения ТВ-программ
После завершения исследований технических возможностей ИСЗ «Молния-1» специалистами НИИР Н.В. Талызиным и Л.Я. Кантором было предложено решить проблему подачи ТВ-программ центрального телевидения в восточные районы страны путем создания первой в мире системы спутникового вещания «Орбита» в диапазоне 1 ГГц на базе аппаратуры «Горизонт-К».
В 1965-1967 гг. в рекордно короткие сроки в восточных районах нашей страны было одновременно сооружено и введено в действие 20 земных станций «Орбита» и новая центральная передающая станция «Резерв». Система «Орбита» стала первой в мире циркулярной, телевизионной, распределительной спутниковой системой, в которой наиболее эффективно использованы возможности спутниковой связи.
Следует отметить, что диапазон, в котором работала новая система «Орбита» 800-1000 МГц, не соответствовал тому, который был распределен в соответствии с Регламентом радиосвязи для фиксированной спутниковой службы. Работа по переводу системы «Орбита» в С-диапазон 6/4 ГГц была выполнена специалистами НИИР в период 1970-1972 гг. Станция, функционирующая в новом диапазоне частот, получила название «Орбита-2». Для нее был создан полный комплекс аппаратуры для работы в международном диапазоне частот — на участке Земля-Космос — в диапазоне 6 ГГц, на участке Космос-Земля — в диапазоне 4 ГГц. Под руководством В.М. Цирлина была разработана система наведения и автосопровождения антенн с программным устройством. В этой системе использовались экстремальный автомат и метод конического сканирования.
Станции «Орбита-2» начали внедряться с 1972 г ., а к концу 1986 г. их было построено около 100. Многие из них и в настоящее время являются действующими приемо-передающими станциями.
В дальнейшем для работы сети «Орбита-2» был создан и выведен на орбиту первый советский геостационарный ИСЗ «Радуга», многоствольный бортовой ретранслятор которого создавался в НИИР (руководитель работы А.Д. Фортушенко и ее участники М.В. Бродский, А.И. Островский, Ю.М. Фомин и др.) При этом были созданы и освоены технология изготовления и методы наземной обработки космических изделий.
Для системы «Орбита-2» были разработаны новые передающие устройства «Градиент» (И.Э. Мач, М.З. Цейтлин и др.), а также параметрические усилители (А.В. Соколов, Э.Л. Ратбиль, B.C. Санин, В.М. Крылов) и устройства приема сигналов (В.И. Дьячков, В.М. Доро феев, Ю.А. Афанасьев, В.А. Полухин и др.).
6.3. Первая в мире система непосредственного ТВ-вещания «Экран»
Широкое развитие системы «Орбита», как средства подачи ТВ-программ, в конце 70-х годов стало экономически неоправданным из-за большой стоимости ЗС, делающей нецелесообразной ее установку в пункте с населением менее 100-200 тыс. человек. Более эффективной оказалась система «Экран», работающая в диапазоне частот ниже 1 ГГц и имеющая большую мощность передатчика бортового ретранслятора(до 300 Вт). Целью создания этой системы было охват ТВ-вещанием малонаселенных пунктов в районах Сибири, Крайнего Севера и части Дальнего Востока. Для ее реализации были выделены частоты 714 и 754 МГц, на которых было возможно создать достаточно простые и дешевые приемные устройства. Система «Экран» стала фактически первой в мире системой непосредственного спутникового вещания.
Приемные установки этой системы должны были быть рентабельными как для обслуживания небольших населенных пунктов, так и для индивидуального приема ТВ-программ.
Первый спутник системы «Экран» был запущен 26 октября 1976 г . на геостационарную орбиту в точку 99° в.д. Несколько позднее в Красноярске были выпущены станции коллективного приема «Экран-КР-1» и «Экран-КР-10» с мощностью выходного телевизионного передатчика 1 и 10 Вт. Земная станция, передающая сигналы на ИСЗ «Экран», имела антенну с диаметром зеркала 12 м, она была оборудована передатчиком «Градиент» мощностью 5 кВт, работающим в диапазоне 6 ГГц. Приемные установки этой системы, разработанные специалистами НИИР, были наиболее простыми и дешевыми приемными станциями из всех, реализованных в те годы. К концу 1987 г. число установленных станций «Экран» достигло 4500 шт.
6.4.Системы распределения ТВ-программ «Москва» и «Москва-Глобальная»
Дальнейший прогресс в развитии систем спутникового ТВ-вещания в нашей стране связан с созданием системы «Москва», в которой технически устаревшие ЗС системы «Орбита, были заменены на малые ЗС. Разработка малых ЗС началасьв 1974 г. по инициативе Н.В. Талызина и Л.Я. Кантора.
Для системы „Москва“ на ИСЗ „Горизонт“ был предусмотрен ствол повышенной мощности, работающий в диапазоне 4 ГГц на узконаправленную антенну. Энергетические соотношения в системе были выбраны таким образом, что обеспечивали применение на приемной ЗС небольшой параболической антенны с диаметром зеркала 2,5 м без автоматического наведения. Принципиальной особенностью системы „Москва“ являлось строгое соблюдение норм на спектральную плотность потока мощности у поверхности Земли, установленных Регламентом ради связи для систем фиксированной службы. Это позволяло использовать эту систему для ТВ-вещания на всей территории СССР. Система обеспечивала прием с высоким качеством центральной ТВ-программы и программы радиовещания. Впоследствии в системе был создан еще один канал, предназначенный для передачи газетных полос.
Эти станции получили также широкое распространение в отечественных учреждениях, расположенных за рубежом (в Европе, на севере Африки и ряде других территорий), что дало возможность нашим гражданам за рубежом принимать отечественные программы. При создании системы „Москва“ был использован ряд изобретений и оригинальных решений, позволивших усовершенствовать как построение самой системы, так и ее аппаратурные комплексы. Эта система послужила прототипом для многих спутниковых систем, созданных позже в США и Западной Европе, в которых для подачи программ ТВ на ЗС малого размера и умеренной стоимости использовались ИСЗ средней мощности, работающие в диапазоне фиксированной спутниковой службы.
В течение 1986-1988 гг. была проведена разработка специальной системы „Москва-Глобальная“ с малыми ЗС, предназначенной для подачи центральных ТВ-программ в отечественные представительства за рубежом, а также для передачи небольшого объема дискретной информации. Эта система также находится в эксплуатации. В ней предусмотрена организация одного ТВ-канала, трех каналов для передачи дискретной информации со скоростью 4800 бит/с и двух каналов со скоростью 2400 бит/с. Каналы передачи дискретной информации использовались в интересах Комитета по телевидению и радиовещанию, ТАСС и АПН (Агентство политических новостей). Для охвата практически всей территории Земного шара в ней используются два спутника, расположенные на геостационарной орбите на 11° з.д. и 96° в.д. Приемные станции имеют зеркало диаметром 4 м, аппаратура может располагаться как в специальном контейнере, так и в помещении.
6.5. Система спутникового ТВ-вещания в диапазоне 12 ГГц
С 1976 г. в НИИР начались работы по созданию принципиально новой в те годы системы спутникового телевидения в выделенном по международному плану для такого спутникового ТВ-вещания диапазоне частот 12 ГГц (СТВ-12), которая не имела бы ограничений по излучаемой мощности, присущих системам „Экран“ и „Москва“ и могла бы обеспечить охват всей территории нашей страны многопрограммным ТВ-вещанием, а также обмен программами и решение проблемы республиканского вещания. В создании этой системы НИИР являлся головной организацией.
Специалисты института провели исследования, определившие оптимальные параметры данной системы, и разработали многоствольные бортовые ретрансляторы и оборудование передающей и приемной ЗС. На первом этапе развития этой системы использовался отечественный спутник „Галс“, сигналы передавались в аналоговом виде, использовалось импортное приемное оборудование. Позже был осуществлен переход на цифровое оборудование на базе иностранного спутника, а также передающего и приемного оборудования.
6.6. Создание системы „Интерспутник“
В 1967 г. началось развитие международного сотрудничества социалистических стран в области спутниковой связи. Целью его было создание международной спутниковой системы „Интерспутник“, предназначенной для удовлетворения потребностей Болгарии, Венгрии, Германии, Монголии, Польши, Румынии, СССР и Чехословакии в телефонной связи, передаче данных и обмене ТВ-программами. В 1969 г. были разработаны проект этой системы, юридические основы организации „Интерспутник“, а в 1971 г. подписано соглашение о ее создании.
Система „Интерспутник“ стала второй в мире между народной системой спутниковой связи (после системы „Интелсат“). Специалисты НИИР разработали проекты ЗС, которые при содействии СССР были построены во многих странах социалистического содружества. Первая ЗС за рубежом была создана на Кубе, а вторая — в Чехословакии. Всего НИИР поставил за рубеж более десяти ЗС для приема программ ТВ, ЗВ и специального назначения.
Вначале в „Интерспутнике“ использовался ИСЗ типа „Молния-3“ на высокоэллиптической орбите, а с 1978 г. -два многоствольных геостационарных спутника типа „Горизонт“ с точками стояния 14° з.д. и 53° (а затем 80°) в.д. На ЗС первоначально был установлен передатчик „Градиент-К“ и приемный комплекс „Орбита-2“.
Все системные и технические решения по созданию системы „Интерспутник“, а также аппаратура ЗС создавались специалистами НИИР совместно с опытным заводом НИИР „Промсвязьрадио“ и организациями-соисполнителями. Система „Интерспутник“ находится в эксплуатации и сегодня, арендуя стволы космической группировки РФ, а также используя свой геостационарный спутник LMI-1, находящийся на позиции 75° в.д. Работы проводились в кооперации с ПО „Искра“ (Красноярск), Московским и Подольским радиотехническими заводами.
Руководителем работ был С.В. Бородич .
6.7. Создание спутниковой линии правительственной связи
В 1972 г. было заключено межправительственное соглашение между СССР и США о создании прямой линии правительственной связи (ЛПС) между главами государств на случай чрезвычайных обстоятельств. Выполнение этого важного правительственного соглашения было поручено специалистам НИИР. Главным конструктором разработки ЛПС стал В.Л. Быков, а ответственными исполнителями — И.А. Ястребцов, А.Н. Воробьев.
На территории СССР были созданы две ЗС: одна (в Дубне под Москвой), вторая (в Золочеве под Львовом). Ввод ЛПС в эксплуатацию состоялся в 1975 г. Она действует через ЗС „Дубна“ до настоящего времени. Это был первый опыт работы по созданию отечественными специалистами спутниковой линии в международной системе „Интелсат“.
6.8. В заключении…
В 1960-1980 гг. специалисты НИИР решали весьма важные для нашего государства и сложные в техническом отношении проблемы создания национальных систем спутниковой связи и вещания.
· Были созданы системы распределения ТВ-программ на обширной территории нашей страны, в том числе — непосредственного спутникового телевещания. Многие системы, созданные в НИИР, были первыми в мире: „Орбита“, „Экран“, „Москва“ и др. Оборудование наземной части этих систем, а также бортовое оборудование — также разработка НИИР, оно производилось отечественной промышленностью.
· Спутниковые системы связи и вещания позволили удовлетворить потребности десятков миллионов граждан нашей страны, особенно тех, кто проживали в малонаселенных районах Западной Сибири и Дальнего Востока. С созданием спутниковых систем в этих регионах у граждан впервые появилась возможность принимать программы центрального телевидения в реальном времени.
· Внедрение спутниковых систем имело исключительно важное значение для экономического и социального развития как труднодоступных регионов Сибири и Дальнего Востока, так и всей страны.
· Население Сахалина, Камчатки, Хабаровского края и многих других отдаленных территорий получило доступ к телефонной сети общего пользования.
· Ученые НИИР выполнили оригинальные научные исследования, направленные на создание методик расчета разного рода устройств, применяемых в системах спутниковой связи. Ими также была создана методологии проектирования систем спутниковой связи и написан ряд фундаментальных монографий и научных статей по проблемам спутниковой связи.
Вывод
Современные организации характеризуются большим объемом различной информации, в основном электронной и телекоммуникационной, которая проходит через них каждый день. Поэтому важно иметь высококачественный выход на коммутационные узлы, которые обеспечивают выход на все важные коммуникационные линии. В России, где расстояния между населенными пунктами огромное, а качество наземных линий оставляет желать лучшего, оптимальным решением этого вопроса является применение систем спутниковой связи (ССС).
Изначально ССС использовались для передачи ТВ-сигнала. Наша страна характеризуется обширной территорией, которую нужно охватить средствами коммуникации. Сделать это стало проще после появления спутниковой связи, а именно системы Орбита-2. Позже появились спутниковые телефоны, главным преимуществом которых является независимость от наличия каких-либо местных телефонных сетей. Качественная телефонная связь доступна из практически любой точки земного шара.
В рамках президентской программы «Универсальная услуга связи» в каждом населенном пункте были установлены таксофоны, в особо отдаленных районах были использованы именно спутниковые таксофоны.
Согласно федеральной целевой программы «Развитие телерадиовещания в Российской Федерации на 2009-2015 годы» происходит внедрение цифрового вещания в России. Программа полностью профинансирована, в том числе средства пойдут и на создание многофункциональных спутников.
Список используемой литературы
1. Интернет-ресурс «История спутниковой связи» sviazist.nnov.ru/modules/myarticles/article.php?storyid=1026
2.Интернет-ресурс «Принципы организации спутниковой связи» vsatinfo.ru/index.php?option=com_sobi2&catid=30&Itemid=0
3. Интернет ресурс «Свободная энциклопедия»
ru.wikipedia.org
Рецензия
на реферат «Спутниковые системы связи»
Ученицы 11 кл. МОУ Парабельской гимназии
Горошкиной Ксении
Тема реферата раскрыта полностью. Материал всех разделов интересный, изложен доступно и чётко. Хорошие иллюстрации. Структура реферата соблюдена. Работу можно использовать как учебное пособие для учащихся.
Оценка «ОТЛИЧНО»
Эксперт: Борисов А. В. учитель физики
www.ronl.ru
Министерство образования Российской Федерации
Уральский государственный технический университет
Кафедра “Радиотехнических систем”
РАДИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
200700 000000 010 ПЗ
Подпись Ф.И.О.
Руководитель ________________ Белых Д.П.
Студент гр. Р-585 ________________ Кузьмин Л.О.
Номер зачетной книжки 09712410
Екатеринбург 2001
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Вариант задания:
-номер варианта задания в десятичной системе счисления,
— номер варианта задания в пятиричной системе счисления, причем и - младший и старший разряд кода номера задания соответственно.
Исходные данные:
1. Параметры преобразования сообщения:
a) среднеквадратическое (эффективное) значение сообщения X В;
b) плотность распределения ,
c) где -нормированная величина;
d) параметр распределения ;
e) спектральная плотность распределения ;
f) суммарная относительная среднеквадратическая ошибка входных
преобразований .
2. Параметры радиолинии передачи информации с объекта:
a) вид модуляции АМн;
b) число сигналов ;
c) число каналов ;
d) число служебных канальных промежутков в кадре ;
e) надежность передачи информации ;
f) допустимая вероятность ошибки на один разряд цифрового сообщения
1/разр;
g) время передачи сообщения с.
3. Параметры радиолинии измерения координат объекта:
a) расположение: центральный пункт — наземный,
объект — шар-зонд;
b) максимальное расстояние до объекта км;
c) вероятность ложной тревоги ;
d) рабочая длина волны м;
e) измеряемые параметры R, a, b.
4. Константы:
a) скорость света м/с;
b) постоянная Больцмана Дж/К.
Выбрать и рассчитать:
1. Частоту дискретизации Fд и Fв, а также Fэ;
2. Шаг (интервал) квантования сообщения h;
3. Максимальное отклонение сообщения от среднего значения хm и пик-фактор Пх;
4. Число разрядов двоичного кода n;
5. Число уровней квантования m;
6. Длительность канального сигнала Тк;
7. Длительность разрядного импульса tn;
8. Структуру информационного пакета со служебными сигналами
9. Полосу частот группового сигнала Dfå;
10. Параметры модуляции сигнала во второй ступени;
11. Полосу частот радиолинии Dfрл;
12. Спектральную плотность шумов N0, приведенных ко входу приемника;
13. Пороговое отношение мощности сигнала к мощности шума qпор2, обеспечивающее заданное значение допустимой вероятности ошибки РД (1/бит);
14. Рабочее отношение мощности сигнала к мощности шума q2раб, обеспечивающее заданную надежность передачи информации РН;
15. Основные параметры приемной и передающей антенн: коэффициенты полезного и направленного действия, значения ширины диаграммы направленности каждой из них;
16. Пиковую и среднюю мощность излучаемого сигнала;
17. Вероятность ошибки приема (выделения) кодовой комбинации при допустимой вероятности ошибки выделения разрядного импульса РД;
18. Эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы с учетом действия шумовой помехи;
19. Параметры канала управления, способ его организации, протокол взаимодействия.
СОДЕРЖАНИЕСОДЕРЖАНИЕ. 4
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ. 5
Расчет параметров радиотехнической системы… 6
1. Расчет параметров преобразования сообщения в цифровую форму. 6
2. Расчет параметров канала связи «объект — ЦП». 8
3. Расчет параметров радиолинии «ЦП — объект». 12
4. Выбор характеристик системы определения координат объекта. 12
5. Описание структурной схемы центральной станции. 14
6. Описание структурной схемы объекта. 15
Выводы… 16
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 17
Приложение 1. Структурная схема центральной наземной станции. 18
Приложение 2. Структурная схема объекта. 19
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙАМ — амплитудная модуляция;
ВРК — временное разделение каналов;
ДН — диаграмма направленности;
ЗИ — зондирующий импульс;
ИС — импульс синхронизации;
КвАМн — квадратичная амплитудная манипуляция;
КИ — канальный интервал;
КИМ — кодовая импульсная модуляция;
КНД — коэффициент направленного действия;
ОБП — одна боковая полоса;
РЛС — радиолокационная станция;
СПИ — система передачи информации;
ТЗ — техническое задание;
УДС — угломерно-дальномерная система;
ФАР — фазированная антенная решетка;
ЦП — центральный пункт.
Расчет параметров радиотехнической системы 1. Расчет параметров преобразования сообщения в цифровую формуВ этой части необходимо выбрать и рассчитать параметры преобразования аналогового сообщения в цифровой первичный сигнал (двоичный код) для передачи в информационном канале системы измерения и сбора информации. Сообщение представлено в виде реализации случайного стационарного процесса, заданного плотностью распределения своих мгновенных значений W(x) и спектральной плотностью G(w) и подвергается преобразованию в цифровой сигнал с заданной суммарной ошибкой преобразования dS.
Рис. 1. Нормированная плотность распределения мгновенных значений.
Перейдем к другой переменной (зависимости от самой величины х, а не от нормированного значения y):
Рис. 2. Нормированная плотность распределения мгновенных значений.
Математическое ожидание величины х равно [2]:
В.
Расчет рекомендуется провести, по крайней мере, для трех вариантов распределения между составляющими суммарной ошибки и выбрать параметры, обеспечивающие большую длительность t0 [5]. Рассмотрим вариант, когда δд2 = δкв2= δогр2= δS2/3, то есть значения ошибок дискретизации, квантования и ограничения равны
; ; ;
; ; .
Максимальное отклонение сообщения от среднего значения выбираем при величине ошибки ограничения динамического диапазона из выражения [5]:
.
решая которое, находим числовое значение искомой величины
, .
Проверим правильность выбора . Для этого вычисляем среднеквадратическое отклонение ограниченного сообщения:
В.
Пикфактор сообщения вычисляем по формуле [5]:
Верхняя частота спектра определяется из трех условий [5]:
а) как частота соответствующая
Находим частоту, на которой G(w) принимает свое максимальное значение:
, , рад/с.
Вычисляем значение верхней частоты из следующего уравнения:
откуда рад/с.
б) как эквивалентная полоса частот
откуда . рад/с.
в) как частота при выбранной ошибке дискретизации.
Частоту находим из выражения [3]:
,
преобразовав которое, получаем , рад/с,
откуда , рад/с.
Выбираем , рад/с.
Вычисляем шаг квантования исходя из заданной ошибки квантования
, В.
Число уровней квантования находим по формуле:
, .
Число разрядов двоичного кода сообщения
, .
Найдем длительность разрядного импульса многоканального сигнала:
период дискретизации равен , с;
длительность канального сигнала , с;
тогда , с.
Проводя аналогичные вычисления еще для трех вариантов распределения ошибок, заполним сводную таблицу:
Таблица 1
dд | dкв | dогр | хm | Пх | wд | wв | hкв | mкв | n | t0 |
| % | % | % | В | - | рад/с | рад/с | В | - | - | мкс |
| 33.3 | 33.3 | 33.3 | 17.35 | 4.34 | 638.55 | 319.27 | 0.24 | 146 | 8 | 123 |
| 50 | 20 | 30 | 17.45 | 4.36 | 622.38 | 311.19 | 0.186 | 189 | 8 | 126.2 |
| 30 | 50 | 20 | 17.83 | 4.46 | 642.68 | 321.34 | 0.294 | 122 | 7 | 139.7 |
В таблице ошибки заданы процентах (%) от суммарной ошибки. Как видно, наибольшая длительность разрядного импульса t0 обеспечивается в последнем (третьем случае).
Вероятность попадания сообщения в i-й интервал , .
Вычислим значение энтропии сообщения [3]:
, — значение энтропии;
, — максимальное значение энтропии.
2. Расчет параметров канала связи «объект — ЦП»1. Определение параметров системы с ВРК и АМн.
Ранее были определены следующие временные параметры:
- период дискретизации с;
- длительность канального сигнала с;
- длительность разрядного импульса с.
При расчете подразумевалось, что вся информация (вместе с признаками синхронизации) передается со скоростью преобразования сообщения в цифровую форму (с частотой дискретизации). Длительность временного интервала, отводимого на передачу одного разряда, вычислялась исходя из того, что за один КИ передается 7 информационных разрядов.
На рисунке ниже приведена структура информационной посылки.
Рис. 3. Временная диаграмма информационной посылки.
Можно определить скорость передачи канальной информации:
, Бод.
Так как импульсы синхронизации (ИС) не несут информации, то скорость передачи полезной информации равна:
, Бод.
Для однократного сеанса связи достаточно 8-ми разрядного ОЗУ. Его емкость находим по формуле:
, Кбайт.
При формировании канальных сигналов необходимо учесть, что для уменьшения межсимвольных (при последовательной передаче разрядов) искажений длительности разрядных импульсов должны быть меньше : [5]. Выберем:
Полоса группового сигнала определяется из следующего выражения [5]:
Гц.
Где gк=1 коэффициент, определяемый видом манипуляции сигнала в канале (КИМ-АМн).
Для передачи информации используем перенос на несущую частоту с помощью ОБП (т.е. во второй ступени используется амплитудная модуляция), тогда требуемая полоса радиолинии составит:
Гц.
где — параметр, зависящий от вторичной ступени модуляции.
2. Расчет энергетических характеристик
К энергетическим характеристикам относятся: мощность сигнала на входе приемника, мощность излучаемого сигнала, а также мощность шума, приведенная ко входу приемника.
Пороговое отношение мощности сигнала к мощности шума, обеспечивающее заданную вероятность ошибки на разряд , находим из выражения (для АМ) [4, 5]:
Откуда , .
Рабочее отношение мощности сигнала к мощности шума, обеспечивающее заданную надежность , находим из выражения:
Откуда , .
Считаем, что полоса пропускания линейной части приемника на 10% превышает полосу частот радиолинии:
Гц.
Эффективную шумовую температуру приемника находим для частоты 6 ГГц (считаем, что приемник выполнен на полупроводниках): К.
Спектральная плотность шумов равна [5]:
, Вт/Гц.
Мощность шумов, приведенная к входу приемника
, Вт/Ом.
Считаем, что сопротивление антенны приемника равно 75 Ом, тогда мощность на входе будет равна , Вт.
Умножая полученное значение мощности шума на значения порогового и рабочего отношений сигнал /шум, можно получить соответственно пороговую и рабочую мощности сигнала на входе приемника [5]:
, Вт;
, Вт.
Задаваясь характеристиками антенн и коэффициентом потерь энергии при заданном максимальном расстоянии до объекта, найдем рабочее значение мощности передатчика при использовании рабочей мощности сигнала на входе приемника. Будем считать, что на объекте установлена ненаправленная антенна с КНД . Имеем радиолинию с активным ответом, которая состоит из линии запроса и линии ответа.
КНД антенны, установленной на ЦП выберем, исходя из заданного разрешения, которое составляет 1% от максимально измеряемого угла. Размеры диаграммы направленности антенны равны (в градусах):
Выбрав распределение в виде косинус на пьедестале, рассчитаем размеры апертуры антенны:
м; м.
Тогда КНД вычисляется по формуле:
Коэффициент затухания, обусловленный потерями в атмосфере для м и для интенсивности осадков Q=10 мм/ч составляет: дБ/км [1].
Тогда можно найти относительное уменьшение дальности действия РЛС из-за затухания радиоволн в атмосфере: , раз [4].
Истинная дальность действия РЛС будет равна , км.
Коэффициент потерь энергии сигнала при распространении радиоволн и в антенно-фидерных трактах приемника и передатчика: .
Тогда значение рабочей мощности передатчика на объекте равно [5]:
, Вт.
Расчет относительной среднеквадратической ошибки воспроизведения сообщения, вызванной действием шумовой помехи, можно выполнить по формуле [5]:
, .
Тогда эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы с учетом действия шумовой помехи равно:
3. Организация синхронизации
Вероятность ошибки приема (выделения) кодовой комбинации из 8 разрядов при допустимой вероятности ошибки выделения разрядного импульса (ошибки приема разрядов независимы) находим из выражения [3, 5]:
,
В системе организована канальная синхронизация. То есть, в начале каждого цикла передачи информации (первый канальный интервал) передается 2 одинаковых ИС. Кадровое синхрослово по своей структуре должно существенно отличаться от всех возможных кодовых комбинаций, поэтому необходимыми требованиями к синхросигналу являются: энергия больше энергии, передаваемой в информационном канале, а так же чтобы его форма не повторяла форму сигнала [3].
Для выделения ИС в приемнике используется дискретный согласованный фильтр, настроенный на ИС. В него поочередно записываются принимаемые кодовые слова, а в момент превышения выходным напряжением порога выделяется импульс кадровой синхронизации. В начале каждого цикла обмена на приемной стороне запускается тактовый генератор и производится синхронизация. Используя повторяемость ИС, можно, накапливая их, увеличить помехоустойчивость устройства синхронизации [3]. Если по прошествии двух периодов дискретизации не приходит синхропризнак, то система переводится в режим пониженного энергопотребления до появления следующего ИС или окончания связи. Это обеспечивает, в целом, малое потребление системы.
Вероятность ошибки синхронизации при такой организации можно определить так:
Как видно, эта вероятность ошибки намного меньше, чем вероятность ошибки РД, приходящейся на один информационный разряд.
3. Расчет параметров радиолинии «ЦП — объект»Считаем, что после сеанса связи (если на данном направлении нет больше объектов) система переходит в режим поиска. ЦП излучает гармонический сигнал длительностью ТК, после чего переходит в режим приема и ожидает ответ от объектов. Если ответ получен, то ЦП переходит в режим определения координат объекта.
Энергетические соотношения в этом случае определяются вероятностью ложной тревоги F и надежностью связи РН при обнаружении сигнала со случайной амплитудой и фазой.
Зависимость вероятности правильного обнаружения от отношения сигнал/шум определяется формулой [4]:
Принимая вероятность правильного обнаружения равной надежности, находим порог обнаружения:
,
Рис. 4. График зависимости вероятности правильного обнаружения от отношения сигнал/шум.
Тогда мощность принимаемого сигнала, которая будет обеспечивать выбранное отношение сигнал/шум, равна
, Вт.
Мощность передатчика наземной станции составляет [5]:
, Вт.
4. Выбор характеристик системы определения координат объектаРадиоизмерительная система ЦП осуществляет поиск объектов, их опознавание по ответному сигналу, измерение заданных параметров взаимного расположения ЦП и объекта, прием и хранение информации. Точность измерения и разрешения координат объекта не хуже 1% от максимальной величины измеряемого параметра (угла или дальности), причем угловое или дальномерное разрешение измерителя в зоне поиска позволяет проводить сеанс связи только с одним из объектов. Общее число объектов в зоне обслуживания не превышает тридцати единиц. Запросно-ответная радиолиния ЦП–объект обеспечивает, заданную вероятность ложной тревоги F и выбранную вероятность правильного опознавания объекта, равную надежности связи РН [5].
Наиболее часто в РЛС используют последовательный метод обзора, при котором ДН антенны отклоняется в пределах заданного сектора (зоны) обзора. Обеспечение большой дальности действия (при ограничении энергии излучаемого сигнала) и чувствительности приемного устройства, а также повышение угловой разрешающей способности и точности системы возможно лишь за счет сужения ДН, что, в свою очередь, приводит к увеличению времени, необходимого для обзора заданного объема пространства [4].
Предположим, что минимальная высота объекта над земной поверхностью 5 км, а максимальная – не более 20 км. Тогда, выбрав винтовой способ обзора [1, 4], при котором каждая точка ДН описывает линию, близкую к винтовой, пространство сканирования ограничится координатами:
— по дальности,
— по азимуту,
— по углу места.
Движение ДН представляет собой комбинацию кругового вращения по азимуту и постоянного подъема по углу места. Причем обратный ход по углу места происходит значительно быстрее.
Рис. 5. Винтовой метод обзора пространства.
Для исключения возможности пропуска целей обеспечивается двойное перекрытие ДН на смежных витках при отклонении по углу места.
Полагаем, что ДН перемещается равномерно, и каждый элемент сектора обзора находится в равных условиях, а для надежного обнаружения и для определения координат цели необходимо принять несколько сигнальных импульсов в пределах ДН, тогда скорость её отклонения должна быть снижена.
Для определения координат объекта на ЦП используется комбинированный угломерно-дальномерный метод. Этот метод позволяет найти местоположение объекта из одной точки (и это является большим преимуществом данного метода) и наиболее часто используется в РЛС, которые измеряют наклонную дальность R, азимут a и угол места b.
Рис. 6. Определение координат объекта.
Считаем, что на станции установлен моноимпульсный измеритель угловых координат. Наиболее совершенным является суммарно-разностный вариант моноимпульсного измерителя, так как теоретически он позволяет исключить влияние изменений амплитуды и фазы принимаемых сигналов на стабильность равносигнального направления и пеленгационной характеристики и тем самым обеспечить наибольшую точность определения направления. При суммарно-разностной обработке сравниваются амплитуды сигналов. Для исключения влияния неравенства и нестабильности коэффициентов усиления каналов сравнение амплитуд производится до приемных каналов непосредственно после облучателей антенны с помощью высокочастотных мостовых схем, выполняемых на волноводах или коаксиальных линиях в зависимости от рабочего диапазона системы [4].
Слежение за объектом ведется путем совмещения равносигнальной оси с направлением на объект.
Достоинством моноимпульсной суммарно-разностной системы является возможность принципиального устранения влияния флуктуаций амплитуды сигнала, с помощью сравнения амплитуд и фаз сигналов, принятых по нескольким каналам [1].
5. Описание структурной схемы центральной станцииЦентральная наземная станция состоит из двух связанных систем: угломерно-дальномерной и системы приема информации с объекта. Угломерно-дальномерная система определяет угол места и азимут на объект, а также расстояние (наклонную дальность) до объекта. Структурная схема ЦП приведена в приложении 1.
При двумерном слежении по азимуту и углу места измеряются рассогласования по a b. Антенна имеет четыре излучателя, симметрично смещенных относительно фокуса зеркала. В измерителе три суммарно-разностных моста: два – для образования разностных сигналов по a и b, третий – для формирования общего суммарного сигнала. Разносный выход третьего моста замкнут на поглощающую нагрузку. Приемное устройство содержит соответственно три приемных канала: суммарный и два разностных. Выделенные на выходе фазовых детекторов напряжения рассогласования по a и b с помощью следящих систем управляют положением равносигнальной оси, непрерывно совмещая ее с направлением на сопровождаемый объект [4].
Устройство управления антенной (УУА) служит для винтового обзора пространства. В качестве углового датчика используется ФАР, выполняющая функцию пространственного фильтра.
Как было отмечено выше, на ЦП используется импульсный режим излучения, поэтому в момент окончания очередного зондирующего радиоимпульса (ЗИ) антенна переключается от передатчика (Прд) к приемнику (Прм) и используется для приема до начала генерации следующего зондирующего радиоимпульса, после чего антенна снова подключается к передатчику и т.д. Эта операция выполняется переключателем прием-передача (ППП). Пусковые импульсы, задающие период повторения зондирующих сигналов и синхронизирующие работу всех подсистем ЦП, генерирует устройство управления и синхронизации (УУС), от которого зависит также вся логика работы. Сигнал с Прм после цифрового устройства селекции движущихся целей (ЦСДЦ) поступает на аппаратуру первичной обработки информации (АПОИ), где выполняется обнаружение сигнала и измерение координат (ИК) объекта. Окончательно отметки целей формируются в устройстве ФО. Сформированные сигналы вместе с информацией об угловом положении антенны передаются для дальнейшей обработки, а также для контроля на индикатор обзора (ИО).
Такая станция обычно ведет обработку информации в цифровой форме, для чего предусмотрено устройство преобразования сигнала в цифровой код (АЦП).
Система приема информации на ЦП имеет стандартную структуру системы выделения информации с ВРК (приложение 1).
Сигналы с объекта через антенну поступают в приемное устройство дискретных сообщений (ПрУ), где производится предварительная фильтрация и усиление. Затем в ДМII для детектирования (снятие вторичной модуляции). На выходе ДМ выделяется оценка группового сигнала. Выделенный групповой сигнал подается на селектор синхроимпульсов (ССИ). ССИ может представлять собой, например, интегрирующую цепь (ИЦ) с пороговым устройством на выходе, срабатывающим при действии на входе ИЦ синхроимпульса (ИС). Выделенные ИС поступают на генератор канальных селекторных импульсов (ГКСИ), имеющий Nкан выходов. ГКСИ вырабатывает последовательности канальных импульсов, открывающих соответствующие временные канальные селекторы (КСi), представляющие собой схемы «И». Канальные сигналы поступают на канальные демодуляторы (КДМi), где снимается первичная модуляция. На выходе КД формируются оценки переданных сообщений (снимается первичная модуляция), поступающие к получателям (Пi) [2, 3].
Для приема данных приемник ЦП должен иметь системы ФАПЧ и БАРУ.
Обращение к объекту осуществляется с помощью адреса.
6. Описание структурной схемы объектаСистема сбора и передачи информации шар-зонда согласно ТЗ имеет структуру системы с ВРК (приложение 2).
Аналоговый сигнал с датчиков через фильтр и усилитель согласующего устройства поступает на АЦП, где преобразуется в цифровой код.
Ритм работы системы задается высокостабильным генератором тактовых импульсов (ГТИ). Тактовые импульсы поступают на генератор канальных импульсов (ГКИ), имеющий Nкан+1 выходов, где Nкан – число каналов. Канальные импульсы поступают соответственно на канальные модуляторы (КМi), где модулируются сообщениями, поступающими с коммутатора, а также на генератор синхронизирующих импульсов (ГСИ). На выходах КМ формируются модулированные канальные сигналы (первая ступень модуляции КвАМн). Параметры модуляции выбраны так, чтобы импульсы различных модулированных канальных сигналов (КС) не перекрывались. КС подаются на линейный сумматор (S) одновременно с последовательностью ИС, вырабатываемых ГСИ, которые необходимы для синхронизации работы приемной части. На выходе сумматора образуется групповой сигнал, состоящий из последовательности ИС и модулированных канальных импульсов. Групповой сигнал поступает на модулятор второй ступени (ОМ) и модулирует по амлитуде высокочастотную несущую (ОБП), вырабатываемую передатчиком (Прд).
ВыводыВ курсовой работе спроектирована система сбора информации с метеорологических шар-зондов. Она обладает следующими параметрами:
- частота дискретизации 102.3 Гц;
- шаг квантования 0.294 В;
- максимальное отклонение сообщения от среднего значения 17.83 В;
- пик-фактор 4.46;
- число разрядов двоичного кода 7;
- число каналов 8;
- длительность канального сигнала 978 мкс;
- длительность импульса 139.7 мкс;
- полоса частот радиолинии 18.8 кГц;
- пороговое отношение мощности сигнала к мощности шума 38.9;
- рабочее отношение мощности сигнала к мощности шума 174.74;
- необходимая мощность передатчика зонда 282 мВт;
- необходимая мощность передатчика ЦП 231 мВт;
- рабочая длина волны 5 см.
В начале кодовой посылки находится синхропризнак, амплитуда которого значительно превышает длительность информационного импульса. Синхропризнак всегда появляется с одним и тем же периодом, поэтому накапливая необходимое число отсчетов, можно добиться абсолютно четкой работы СПИ.
С целью улучшения системы сбора информации можно применить для шар-зонда антенную систему с большим КНД вследствие чего снизится рабочая мощность передатчика.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК1. Бакулев П.А., Сосновский А.А Радиолокационные и радионавигационные системы: Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1994. 296с.
2. Пенин П.И., Филиппов Л.И. Системы передачи цифровой информации: Учебное пособие для вузов. М.: Сов. Радио, 1984. 256с.
3. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. В.В. Калмыкова. М.: Радио и связь, 1990. 304с.
4. Радиотехнические системы: Учеб. пособие для вузов/ Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высшая школа, 1990.496 с.
5. Белых Д.П. Методические указания к выполнению курсовой работы. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2000. 32с.
Приложение 1. Структурная схема центральной наземной станцииСистема определения координат объекта
Угловой датчик и преобразователь суммарно-разностного радиопеленгатора
Система приема информации с объекта
Приложение 2. Структурная схема объектаСистема передачи информации с объекта
www.ronl.ru
