Реферат: Исследование атмосферы планеты Венера

Необходимо знать - скорость передачи информации R (двоичных единиц в секунду), энергетический потен­циал радиолинии, закон изменения несущей частоты из-за нестабильности передатчика и движения передающего и принимающего пунктов. Предполагается также, что символы в КИМ сигнале могут считаться независимыми, а априорная вероятность появления нуля и единицы одинакова.

Функциональная схема бортового передатчика шара-зонда представлена на Рисунок 5, она работает следующим образом. Сигнал с датчика поступает на временной комму­татор, где квантуется по времени, превращаясь в сигнал АИМ. Да­лее в преобразователе «напряжение — код» вырабатывается сигнал КИМ, в котором в двоичной форме закодирована амплитуда импуль­са АИМ и, следовательно, величина сообщения. Кодовое слово передается в течение времени . Сформированный видеосигнал модулирует несущую по фазе, образуя сигнал КИМ-ФМ. Далее сигнал КИМ-ФМ поступает на временной уплотнитель канала (сумматор), где вместе с остальными сигналами КИМ-ФМ суммируется.

В приемном устройстве после частотного разделения каналов, преобразования, усиления, временного разделения каналов про­исходит оптимальный прием “в целом”. Функциональные схемы оптимальных приемников приведены на Рисунок 11. Оптимальный приемник вычисляет взаимную корреляцию приня­того сигнала с каждым из возможных сигналов и выносит решение о приеме того сигнала, для которого указанная величина имеет наибольшее значение. Схема оптимального приемника содержит активных корреляторов. В этом случае имеется генератор опорных сигналов, который вырабатывает «образцы» сигналов . В состав приемника входит также устройство синхронизации, с помощью которого обеспечивается синхронизация принимаемых и опорных сигналов, а также разряд интегратора после окончания кодового слова. Опорное напряжение вырабатывает система ФАП. При оценке помехоустойчивости оптимального приемника параметры входного сигнала считаются полностью известными. Такой приемник известен под названием корреляционного (или когерентного) приемника. Опорные сигналы поступают на корреляторы одновременно с принятым сигналом . Коррелятор состоит из перемножителя сигналов и интегратора. В момент окончания принятого сигнала выходное напряжение корреляторов определяется как

, ().

В качестве показателя точности основного тракта принимается вероятность неправильной оценки слова (). В качестве внешнего воздействия на систему будем рассматривать собственный шум приемника, заданный энергетическим потенциа­лом .

Основной тракт радиолинии

Анализ основного тракта радиолинии целесообразно начать с выяснения принципиальной возможности получить приемлемые результаты в заданных условиях. Дело в том, что энергетический потенциал и скорость передачи информации, значения которые за­даны, уже определяют минимально возможную вероятность искажения символа. Если вероятность искажения символа окажется слишком боль­шой, то не имеет смысла рассчитывать реальную радиолинию, которая, разумеется, будет еще хуже.

Вероятность ошибки при оценке слова в сигнале КИМ-ФМ для оптимальной обработки при приеме “в целом” равна

, (6)

где - отношение ^сигнла /_шум , - энергия сигнала, - мощность полезного сигнала КИМ-ФМ, - длительность слова, - спектральная плот­ность шума. После расчета ошибки по формуле (6) может оказаться не­обходимым потребовать изменить исходные условия — увеличить энергетический потенциал или уменьшить скорость передачи и толь­ко после этого приступить к расчету реальной радиолинии.

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАП)

Рассмот­рим теперь условия, при которых обеспечивается нормальная работа вспомогательных трактов. Опорное напряжение вырабатывается с помощью системы фазовой автоподстройки частоты (ФАП).

Получение опорного напряжения предсавляет собой особую техническую задачу. Для этой цели невозможно использовать независимый генеродин в приемном устройстве, так как его колебания практически не будут когерентными с несущей сигнала. Причиной является уходы частоты из-за нестабильности генератора, долеровское смещение частоты из-зи движения пункта передачи или приема и т. д. Для обеспечения когерентности гетеродина в приемнике необходимо синхронизировать приходящим сигналом.

Первый способ создания когерентного опорного напряжения – способ который мы и будем реализовывать. Когда в спектре сигнала имеется компонента на несущей частоте , ее используют для синхронизации гетеродина обычно с помощью системы ФАП либо непосредственно выделяют с помощью узкополосного фильтра и после соответствующей обработки (усиления, ограничения, поворота фазы) берут в качестве опорного напряжения. Поворот фазы, который надо сделать в опорном канале, зависит от фазы компоненты на несущей частоте, т. е. при КИМ-ФМ от параметров сигнала и (где - коэффициент передачи фазовой модуляции [рад/В], - «1» в среднем занимают столько же времени, сколько «0»). Так, например, если принято и, следовательно, гармоника на несущей частоте определяется как

, (7)

фаза опорного сигнала должна совпадать с фазой несущей.

Чаще, однако, имеет место случай, когда специально делают , чтобы сохранить в спектре компоненту на несущей частоте. При этом фаза опорного напряжения должна отличаться на от фазы несущей сигнала. Нетрудно видеть, что, уменьшая индекс фазовой модуляции () для сохранения несущей, мы тем самым снижаем амплитуду полезноых компонент. Следовательно, выбор величины приходится проводить исходя из противоречивых требований. Практически можно взять, например, равной . При этом мощность на несущей составляет около четверти всей мощности сигнала.

Таким образом, часть энергии передатчика расходуется для работы канала синхронизации. Это, естественно, ухудшает условия выделения полезного сообщения по сравнению с идеальным случаем. Другая трудность, связанная с выделением компоненты на несущей частоте из сигнала ИМ-ФМ, возникает из-за того, что вблизи частоты располагаются составляющие передаваемого сообщения, которые могут попасть в опорный канал и внести помехи в работу синхронного детектора. Тогда шумовая полоса ФАП должна быть выбрана так, чтобы удовлетворялось условие

. (8)

Другой способ создания когерентного опорного напряжения основан на выделении нужного колебания из сигнала после предварительного снятия модуляции. Пусть в спектре сигнала ИМ-ФМ не содержится несущая, т. е. и . Нужное колебание частоты можно создать в результате определенных нелинейных преобразований сигнала в опорном канале. Эти преобразования сводятся к последовательносму умножению и делению частоты входного сигнала на два.

Технически применение последовательного умножения и деления частоты оказывается неудобным. Разработан рад практически более удобных схем, позволяющих реализовать тот же принцип. Имеются и другие достаточно простые схемы. Однако всем им присущ общий недостаток: они не исключают перехода синхронного детектора в обратный режим работы. Действительно, фаза опорного напржения, полученного в результате деления частоты, всегда будет иметь неопределенность на . Практически фаза будет зависеть от начальных условий на делителе и может случайно измениться на при всякого рода внешних воздействиях, перерывах в связи и т. д. Неожиданный переход к обратному режиму является недопустимым искажением. Поэтому в сигнале приходится предусматривать специальные контрольные посылки, которые обнаруживают обратную работу. Естественно, что на создание таких контрольных посылок затрачивается часть энергии передатчика, что соответственно сказвается на выделении полезного сообщения.

И так, при рассмотре­нии основного тракта выделения сообщений предполагается, что фазовые ошибки в канале опорного напряжения достаточно малы.

Теперь рассмотрим одним из главных параметров - полосу захвата . Выбор этой величины при проектировании опреде­ляется рядом факторов, многие из которых являются противоречивыми. Так, очевидно, что для уменьшения шумовых флюктуации фазы опорного гетеродина надо уменьшить . Однако при этом увеличится постоянная ошибка слежения согласно

. (9)

Если частота несущей сигнала заранее известна с большой ошиб­кой, то приходится в систему ФАП дополнительно вводить устройст­во поиска, перестраивающее гетеродин до тех пор, пока частота сиг­нала не окажется в полосе захвата. Однако в нашем случае мы будем считать, что несущая частота нам заранее известна с малой ошибкой. Время поиска обычно ограни­чено. Поэтому скорость перестройки нельзя выбирать очень ма­лой. С другой стороны, при большой скорости и узкой полосе захва­та можно пропустить сигнал. Это обстоятельство также ограничивает возможность сужения полосы . Таким образом, возникает задача оптимального выбора полосы захвата при наличии ограничении. Поскольку система ФАП предназначена для выработки опорного напряжения в синхронном детекторе, в качестве основного критерия можно принять максимум полезного напряжения сигнала на его выходе.

Система синхронизации

В цифровых радиолиниях необходимо применять кадровую при синхронной передаче, а также пословную синхронизации. В случае посимволь­ного приема дополнительно требуются сигналы посимвольной синхро­низации. С помощью соответствующих синхронизирующих сигналов осуществляется разделение каналов и обеспечивается правиль­ная работа декодирующих устройств командных сигналов. В нашем случае сигнал будет иметь следующий вид.

Рисунок 7 Структура демодулированного сигнала

Кадровая синхронизация. Синхронизирующее слово, ставящееся в начале каждого кадра, называется словом кадровой синхронизации. В качестве слов кадровой синхронизации при временном уплотнении каналов (Рисунок 6) час­то используются составные сигналы, причем выделение этих слов в при­емнике осуществляется с помощью пассивного согласованного фильт­ра (Рисунок 8). Напряжение на выходе согласованного фильтра воспроизводит автокорреляционную функцию синхронизирующего сигнала. Для уменьшения ошибок, возникающих при обнаружении синхронизирую­щего сигнала и определении его временного положения, автокорреля­ционная функция данного сигнала должна иметь узкий центральный пик и малый уровень «боковых» выбросов. Подобным свойством обла­дает ряд широкополосных сигналов, в том числе сигналы, сформиро­ванные на основе некоторых двоичных кодов.

Рисунок 8 Устройство декодирования кадрового синхронизирующего сигнала