Аналитическое проектирование РСПИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)»

Факультет радиоэлектроники летательных аппаратов

Кафедра 408

РАЗДАТОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

По курсу

"Общая теория связи. Часть 2."

Рекомендации по выполнению курсовой работы.

Часть 1

Аналитическое проектирование РСПИ

Важенин Н.А.

Голованов К.С.

Ештокин Р.Д.

Куклев К.И.

Тяпкин П.С.

Москва

2016

Содержание

Введение. 2

Аналитическое проектирование РСПИ.. 2

1. Описание геометрии задачи. 3

2. Описание структурной схемы РСПИ, основные подсистемы, их функциональное назначение и характеристики. 4

2.1. Структурная схема РСПИ.. 4

2.2 Список основных блоков. 4

2.3 Описание блоков. 5

3. Аналитическое проектирование системы передачи информации. 6

4. Основные компоненты точности (достоверности) передачи информации. 7

4.1 Расчёт ошибки, связанной с динамическим диапазоном: 7

4.2 Расчёт ошибки, связанной с квантованием по уровню: 8

4.3 Расчёт ошибки, связанной с дискретизацией и восстановлением: 8

4.4 Расчёт ошибки, связанной с аномальными выбросами: 8

5. Расчет энергетики канала связи и вероятности битовой ошибки. 9

6. Рекомендации по порядку вычислений. 10

7. Рекомендации по оформлению отчета по КР. 11

8. Литература. 11

Приложение 1. Варианты для выполнения курсовой работы.. 12

Введение

Целью курсовой работы (КР) является ознакомление с основами проектирования инфокоммуникационных систем ЛА и разработкой начальных технических предложений по построению цифровой радиосистемы для обеспечения передачи аналоговой информации от низкоскоростных телеметрических датчиков ЛА, статистические характеристики которых заданы соответствующим вариантом исходных данных.

В процессе выполнения КР рассматриваются основные задачи системного проектирования радиосистемы передачи информации ЛА-Земля. При проектировании требуется выбрать и оптимизировать параметры цифровой радиосистемы передачи информации (РСПИ) для достижения заданной в ТЗ суммарной относительной погрешности передачи аналоговых сообщений. Результаты проведенного студентами теоретического анализа проверяются и уточняются с использованием имитационных моделей, разрабатываемых в среде MATLAB/Simulink.

В соответствии с выданными исходными данными в процессе выполнения курсовой работы (КР) должны быть решены следующие основные задачи:

1. Выбор и обоснование параметров аналого-цифрового преобразования передаваемых данных. Формирование требований к ИКМ-сигналу.

2. Расчет энергетических характеристик радиолинии и формирование требований к параметрам приемо-передающего тракта.

3. Расчет характеристик помехоустойчивости и эффективности системы передачи информации и выбор методов модуляции и кодирования.

4. Разработка имитационной модели, планирование эксперимента и проведение имитационного моделирования РСПИ в среде MATLAB/Simulink. Сопоставление результатов аналитических расчетов и имитационного моделирования.

5. Анализ и систематизация результатов проектирования. Формирование облика РСПИ и требований к подсистемам. Выводы и рекомендации по результатам проектирования.

6. Оформление расчетно-пояснительной записки по КР. Защита КР.

Аналитическое проектирование РСПИ

Основная задача, решаемая в рамках курсовой работы, заключается в системном проектировании радиоканала спутниковой системы передачи информации.

Работа включает следующие основные этапы:

- аналитический расчет и выбор основных параметров системы передачи информации,

- разработку и верификацию имитационной модели системы передачи информации в среде MATLAB /Simulink,

- апробацию результатов аналитических расчетов на имитационной модели системы,

- анализ и систематизацию результатов проектирования, оформление отчета по результатам проектирования системы передачи информации.

Исходные данные для расчета представляют собой набор параметров и требований, которые должна обеспечивать конечная система, что является приближением к реальным техническим инженерным задачам.

Первый этап заключается в аналитическом расчете и выборе параметров радиосистемы передачи информации (РСПИ). Выбор параметров системы сводится к нескольким основным пунктам: разрядность АЦП, частота дискретизации, динамический диапазон, так же расчет энергетики радиоканала. Расчет, выбор и обоснование производится на основе как знаний полученных ранее в курсе "Общая теория связи", так и с помощью информации приведенной в данном пособии.

Следующие два этапа заключаются в разработке имитационной модели в среде MATLAB/Simulink и проверке правильности выбора параметров системы, сделанного на предыдущем этапе. Разработанная имитационная модель должна быть верифицирована, то есть должна быть доказана правильность ее работы. Для верификации имитационной модели должны быть получены и проанализированы эпюры и спектры входных и выходных сигналов в ключевых блоках РСПИ (входной, дискретизированный, модулированный, модулированный с шумом и восстановленные сигналы), проведен расчет суммарной дисперсии ошибки, построены векторные диаграммы и т.п. На основании этих результатов должны быть сформулированы выводы работоспособности модели.

Процесс проектирования системы носит итерационный характер. Параметры системы могут подвергаться коррекции на каждом этапе проектирования для обеспечения выполнения требований технического задания (ТЗ).

Результатом работы является отчет, в котором в систематизированном виде приводятся результаты аналитического проектирования и моделирования, перечень выбранных параметров системы, делаются выводы о результатах проектирования.

Описание геометрии задачи

Геометрия данной задачи в виде упрощенной модели представляет собой движение спутника Земли в плоскости по окружности определенного радиуса. При таком движении спутника относительно наземной станции расстояние между спутником и антенной будет постоянно изменяться. Наземная же система должна обеспечивать связь постоянно, при условии нахождения спутника в зоне видимости, то есть расчет системы должен производиться при "наихудших" условиях - максимальном удалении спутника от РСПИ. При расчете условий максимального удаления используются следующие параметры: диаграмма направленности антенны, высота орбиты спутника, физические константы (радиус Земли), а так же учтены некоторые другие условия такие, как "затенение" и др.

Пример решения такой задачи приведен ниже.

Рисунок 1.1 Геометрия задачи

Пусть имеется искусственный спутник Земли (ИСЗ) на круговой орбите c известной нам высотой орбиты, а так же известна диаграмма направленности приемной антенны на Земле (рисунок 1.1).

В точке A находится приемная антенна. Если ИСЗ находится в точке B, тогда АВ – высота орбиты спутника. Однако спутник не всегда находится ровно над антенной, он движется, а значит возможно его нахождение в любой точке на орбите. Пусть BAF - угол равный половине диапазона обзора по углу места. Однако ввиду того, что на пути распространения радиоволн могут возникнуть препятствия в виде деревьев, домов и других объектов уменьшим угол BAF на 5°-10°.

При расчете параметров помехоустойчивости, нам необходимо знать максимальное расстояние до спутника, на котором мы еще можем передавать с заданной достоверностью информацию. В данном случае, после уменьшение угла BFA на 5°-10° будем считать, что спутник становится видимым в точке E. Тогда нам необходимо найти расстояние AE.