Информационно-измерительная система

Министерство образования Российской Федерации

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА РТС

"ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА"

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Екатеринбург 2007

Содержание

Техническое задание

Перечень используемых сокращений

Введение

Основная часть

Расчет параметров радиотехнической системы

1. Расчет параметров преобразования сообщения в цифровую форму

1.1 Случай №1

1.2 Случай №2

1.3 Случай №3

2. Расчет и выбор параметров для радиолинии передачи информации с объекта

2.1 Определение параметров системы с ВРК и АМН

2.2 Расчет энергетических характеристик

3. Организация синхронизации

4. Расчет параметров радиолинии «ЦП – объект»

5. Выбор характеристик системы определения координат объекта

6. Описание структурной схемы центральной станции

7. Описание структурной схемы объекта

Заключение

Библиографический список

Приложение №1. Структурная схема центральной станции

Приложение №2. Структурная схема объекта

Техническое задание

Исходные данные:

1. Параметры преобразования сообщения:

a)         среднеквадратическое (эффективное) значение сообщения X, В 0,5;

b)         плотность распределения:

c)         нормированная величина:

d)         параметр распределения:

e)         спектральная плотность распределения: G(w)=

f)          Число k: 3

g)         суммарная относительная среднеквадратическая ошибка

входных преобразований: 0.05;

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:

g)         время передачи сообщения с

3. Параметры радиолинии измерения координат объекта:

a)         расположение: центральный пункт наземный,

объект  наземный;

b)         максимальное расстояние до объекта: Rmax=30 км;

c)         вероятность ложной тревоги: ;

d)         рабочая длина волны: λ=0.2 м;

e)         измеряемые параметры: R, a

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 х_m и пик-фактор П_х;

4.         Число разрядов двоичного кода n;

5.         Число уровней квантования m;

6.         Длительность канального сигнала Тк;

7.         Длительность разрядного импульса t_n;

8.         Структуру информационного пакета со служебными сигналами

9.         Полосу частот группового сигнала Df_å;

10.      Параметры модуляции сигнала во второй ступени;

11.      Полосу частот радиолинии Df_рл;

12.      Спектральную плотность шумов N₀, приведенных ко входу приемника;

13.      Пороговое отношение мощности сигнала к мощности шума q_пор², обеспечивающее заданное значение допустимой вероятности ошибки Р_Д (1/бит);

14.      Рабочее отношение мощности сигнала к мощности шума q²_раб, обеспечивающее заданную надежность передачи информации Р_Н;

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 Р_Д;

18.      Эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на выходе системы с учетом действия шумовой помехи;

19.      Параметры канала управления, способ его организации, протокол взаимодействия.

Перечень используемых сокращений

АМ – амплитудная модуляция;

ВРК – временное разделение каналов;

ДН – диаграмма направленности;

АМн – 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.

Введение

Объектом курсовой работы является радиоэлектронная система передачи непрерывных сообщений по цифровым каналам. В качестве источников сообщений предусматривается совокупность процессов, характеризующих состояние некоторой испытуемой системы, не допускающей иного наблюдения, кроме использования радиотелеметрии. Таким образом, задание предусматривает выполнение работы, состоящей из двух основных частей – расчета параметров цифровой радиотелеметрической системы и формирование её детальной структурной схемы.

Комплекс подлежащих передаче сообщений является совокупностью непрерывных, независимых процессов, каждый из которых характеризуется видом спектральной плотности мощности (функции корреляции) и одномерной плотностью вероятности мгновенных значений. Указанные характеристики необходимы для расчета параметров входных преобразований по заданному значению эффективной относительной ошибки преобразований, включающей в себя ошибку временной дискретизации, ошибку, вызванную ограничением динамического диапазона, и ошибку квантования. При фиксировании значения результирующей относительной среднеквадратичной ошибки (с.к.о.) входных преобразований, уровня ограничения входного преобразователя сообщения и параметров сообщения определяется частота временной дискретизации, число разрядов и другие сопутствующие параметры преобразования аналогового процесса в дискретную форму.

В дальнейшем ищутся характеристики канального сигнала с учетом того, что в рассматриваемых системах применяется только временное разделение каналов при использовании как кодово-импульсной или дельта–модуляции с последовательной или параллельной передачей разрядных сигналов, так и квантованной время–импульс модуляции. Определив длительность канального интервала с учетом необходимости надежной кадровой, канальной и разрядной синхронизации, а также ширину спектра группового сигнала по заданной полосе частот, выделенной для радиолинии с учетом вида и параметров второй ступени модуляции, находится возможное число каналов. Последним этапом является определение требуемой мощности сигнала на входе приемника и мощности излучаемого сигнала на передающей стороне по допустимым значениям вероятности ошибки воспроизведения символа дискретного сообщения и надежности связи.

В целом выбор ряда технических решений – защитных промежутков по времени и частоте, способов синхронизации, параметров и конструкции антенн – должен учитывать необходимость экономии полосы частот, мощности передатчика и, по возможности, стоимости отдельных элементов, определяющих стоимость производства и эксплуатации системы в целом.

Основная часть

Расчет параметров радиотехнической системы 1.         Расчет параметров преобразования сообщения в цифровую форму

Одним из важнейших вопросов при разработке систем передачи информации с временным разделением каналов является выбор частоты дискретизации сообщений [1], [2]. Основой для её расчёта является равенство (1.1) относительной с.к.о. дискретизации.

При этом частота дискретизации определяет ошибку дискретизации, включающую в себя ошибку ограничения спектра сообщения, и ошибку интерполяции при характеристиках формирующего и интерполирующего фильтров близких к идеальному ФНЧ. Таким образом, необходимо выбрать соотношение между тремя слагаемыми равенства (1.2), задавшись значением каждого из них при необходимом значении суммы их квадратов d_вх. При различном соотношениями между слагаемыми равенства (1.2), можно получить набор значений частоты дискретизации F_Д, относительного уровня ограничения мгновенных значений Н сообщения (пик-фактора) и числа разрядов n. Поэтому необходимо сравнить несколько вариантов разбиений d_å, и остановиться на одном из вариантов, обеспечивающем наибольшую длительность импульсов двоичного кода t_n–целевая функция.

При определении частоты дискретизации необходимо исходить из эффективного значения относительной ошибки дискретизации:

; F_д/2=F_в (1.1)

Эффективное значение результирующей относительной ошибки сообщения на входе системы:

d²_вх=d²_д +d²_кв +d²_огр (1.2)

Для расчета оставшихся параметров–числа разрядов n и пик-фактора сообщения Н – необходимо использовать формулы:

(1.3)

(1.4)

 (1.5)

(1.6)

где x_м – максимально возможное значение сообщения после его прохождения через амплитудный ограничитель мгновенных значения сообщения.

Равенства (1.3) – (1.5) справедливы при симметричной форме плотности вероятности сообщения относительно математического ожидания

В 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 d_S.

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].