Технические требования к космическим РСПИ

Содержание

Задание………………………………………………………………………….. 2

1 Теоретическая часть ………………………………………………………… 3

1.1 Обзор возможных вариантов построения РСПИ……………………4

1.2 Описание разработанной структурной схемы предающей части…18

1.3 Описание разработанной структурной схемы приемной части.......21

2 Расчетная часть……………………………………………………………….22

2.1 Расчеты………………………………………………………………….22

2.2 Выводы………………………………………………………………….29

3 Список литературы………………………………………………………….. 30

Задание 23. Управление ДПЛА через ретранслятор

Для увеличения зоны, в которой производится управление низколетящим дистанционно пилотируемым летательным аппаратом (ДПЛА.) используют командную радиолинию с ретрансляцией сигнала через ИСЗ.

Параметры орбиты ИСЗ - ретранслятора;

- высота в апогее 40 000 км, высота в перигее 600 км, - наклонение к плоскости экватора 60°,

Радиолиния управления используется при нахождении ИСЗ в окрестности перигея, Длительность сеанса передачи команд 3 сек.

Команды - случайные величины, принимающие с равной вероятностью 16 различных значении, всего за сеанс может быть передано до 64 команд, адресованных 28 устройствам и агрегатам на борту ДПЛА.

Вероятность пропуска команды должна быть не более 10^-3. Радиолиния работает на волне 5 см. Возможная нестабильность гетеродина приемника ДЛЛА 10^-6. Нестабильность задающего генератора на борту ИСЗ - ретранслятора существенно меньше.

Бортовая антенна ИСЗ имеет коэффициент усиления 5. Антенна ДПЛА направленная с шириной диаграммы 30° и уровнем боковых лепестков 10 дБ.

На входе приемников ДПЛА, действует естественный шум, соответствующий эквивалентной шумовой температуре 3000° и организованная узкополосная шумовая помеха мощностью 10^-12 с полосой Df_ш=2, 5/Т_с (Т_с - длительность символа). Кроме того, принимаемый сигнал замирает из-за изменения ориентации приемной антенны при маневрах ДПЛА.

Для передачи команд ретранслятор использует сигнал КИМ-ФМ с индексом фазовой модуляции . Кодирование – с двумя проверочными символами. При проектировании радиосистемы управления ДЛА. через ИСЗ - ретранслятор требуется:

- выбрать длительность символа КИМ,

- выбрать мощность передатчика сигнала,

- оценить расход полосы на передачу одной двоичной единицы информации,

- выбрать структуру и параметры бортового приемного устройства ДПЛА,

Установить требования технического задания на разработку подсистемы символьной синхронизации.

Установить требования технического задания на разработку подсистемы АРУ,

Найти величину допустимой статической ошибки и задержки.

Теоретическая часть

Обзор возможных вариантов построения РСПИ

Наибольшее развитие радиосистем передачи информации (РСПИ) связано с разработкой системы многоканальной связи и радиотелеметрических систем (РТМС). Более подробно рассмотрим особенности таких РСПИ как РТМС.

Термин «телеметрия» в переводе с греческого означает дальние измерения. Телеметрическая информация дает возможность контролировать состояние удаленного объекта и управлять им на расстоянии. Таким образом РТМС обеспечивают сбор, обработку, передачу по радиолинии измеренной информации о состоянии или поведении технических устройств, живых организмов и других объектов, удаленных от потребителя этой информации.

Измеряемая информация – это информация, результаты измерения которой могут быть выражены в единицах измерения физических величин.

РТМС широко применяют в промышленности, медицине, биологии, при исследовании океанских и земных глубин, космоса. Научные основы РТМС заложены в результате развития теории информации, многоканальной связи и математических методов обработки информации, в частности систем сжатия данных.

Практическое использование РТМС стало возможным благодаря достижениям в области микроминиатюризации элементов РСПИ и разработки микропроцессоров, микроконтроллеров, ПЛИС и т.д. Успехи в области теории передачи информации связаны с именем таких отечественных ученых, как В.А. Котельников, В.И. Сифоров, А.П. Мановцев, В.Ю. Типугин, П.А. Агаджанов и др.

История развития радиотелеметрии начинается с 1930 года, когда с шара – зонда, выполненного под руководством профессора П.А. Молчанова, были переданы такие метеорологические данные, как давление, температура, влажность. В конце 30-х годов под руководством академика С.Н. Вернова был разработан радиозонд, предназначенный для изучения космических радиаций. С 40-х годов РТМС стали использоваться при испытаниях самолетов, управляемых снарядов, искусственных спутников Земли и космических кораблей. В настоящее время РТМС используются в газовой, топливной и химической промышленности, а также металлургии и ядерных установках.

К основным задачам космических РСПИ относятся:

1. Сбор измерительной информации от разных источников на борту космического аппарата, а также сжатие и преобразование в форму, удобную для передачи в радиолинию.

2. Передача телеметрической информации с борта космического аппарата по радиолинии и прием на Земле.

3. Обработка принятой телеметрической информации, регистрация и представление в форме, удобной для потребителя.

Первоначально главной задачей в радиотелеметрии была передача сообщений и теория телеметрии сводилась к теории многоканальной радиосвязи. В настоящее время основными задачами являются первая и третья задачи.

Это вызвано следующими причинами:

- РТМС стали использоваться для обслуживания сложных объектов;

- увеличилось число источников измерения информации;

- увеличился объем передаваемой информации;

- увеличилась дальность связи;

- появились жесткие ограничения на вес и габариты бортовой аппаратуры.

Круг задач, решаемый современными РТМС, значительно шире, чем у систем многоканальной связи и включают в себя следующие требования:

1. Предание РТМС свойств адаптации к текущей обстановке (например, путем регулировки частоты опроса).

2. Рациональное формирование сообщений на борту объектов (например, путем разработки эффективных систем кодирования).

3. Устранение избыточности, т.е. сжатие объемов сообщений (например, применяя адаптивную коммутацию и дискретизацию).

4. Автоматизация процессов обработки информации на Земле.

5. Получение некоторой части информации незамедлительно.

Реализация этих требований привела к тому, что РТМС должны рассматриваться как пространственно – разнесенные информационные радиосистемы, включающие в себя ряд разнородных, но связанных между собой систем.

Технические требования к космическим РСПИ

1. Одновременное измерение и передача информации о многих параметрах.

2. Обеспечение высокой точности измерений. По точности РТМС делятся на 3 класса: средней точности (погрешность 3 – 5%), высокой точности (1 – 2%), очень высокой точности (0.1 – 0.5%). Очень высокую точность обеспечивают только цифровые РТМС.

3. Обеспечение передачи сообщений с различной шириной спектра (от единиц Гц до сотен кГц).

4. Бортовая аппаратура должна быть максимально проста, надежна, иметь малые массу, габариты, потребление энергии.

5. Наземная аппаратура должна автоматически обрабатывать информацию, поступающую на Землю с различной скоростью передачи.