ЛЕКЦИЯ №1
Тема: Классификация и основные характеристики РТС
Цель: Рассмотреть роль РТС в современном обществе. Рассмотреть классификацию и основные характеристики РТС.
Учебные вопросы:
Классификация радиотехнических систем.
Основные ТТХ РТС.
Тенденции развития РТС.
Литература: [1] стр. 178-181, 188-194.
Вопрос 1. Классификация радиотехнических систем
Классификация радиотехнических систем по назначению. Классифицировать РТС можно по различным признакам. Основное назначение РТС состоит в предоставлении информации потребителю, поэтому в качестве основного признака при их классификации обычно используют содержание информации или назначение системы.
Исходя из этого можно указать следующие основные типы систем: передачи информации (СПИ), извлечения информации, радиоуправления, разрушения информации и комбинированные системы.
Системы передачи информации. Характерной особенностью таких систем является наличие отправителя и получателя информации. На стороне отправителя сообщения преобразуются в радиосигналы, которые затем передаются по линии связи к получателю информации, где из принятых сигналов выделяется сообщение.
Структурная схема простейшей СПИ (рис. 1.1) состоит из источника сообщений (ИС), выдающих первичные сигналы; формирователя группового сигнала (ФГС), объединяющего несколько первичных сигналов; модулятора (М), предназначенного для формирования радиосигнала; радиопередающего устройства (РПУ); линии связи (ЛС), по которой радиосигнал передается к получателю сообщений; радиоприемного устройства (РПрУ), осуществляющего усиление и преобразование принятого сигнала; демодулятора (ДМ), выделяющего групповой сигнал; устройства разделения сигналов (УРС), предназначенного для разделения сигналов
и выделения сообщений, которые затем поступают к получателям сообщений (ПС).
В линии связи на радиосигналы действуют различного рода помехи: внутрисистемные, обусловленные излучением передатчиков, работающих совместно с данной СПИ в составе сети связи; помехи от других РТС, работающих на близких частотах; атмосферные, космические, организованные помехи, а также помехи, возникающие в аппаратуре.
По назначению различают следующие РТС передачи информации: системы радиосвязи, системы радиосвязи между подвижными объектами, системы радиорелейной связи, спутниковые системы связи, системы радиовещания и телевидения, радиотелеметрические системы, системы передачи команд и др.
Радиотехнические системы извлечения информации. Характерной особенностью систем рассматриваемого класса является то, что полезная информация отображается в радиосигнале либо в процессе его распространения и отражения радиоволн, либо при не зависимом от рассматриваемой системы формировании и излучении радиоволн (естественных излучениях объектов, излучениях радиосредств противника и т. п.).
К системам извлечения информации относятся:
— радиолокационные системы (РЛС), за исключением РЛС с активным ответом;
— радионавигационные системы (РНС);
— системы дистанционного зондирования окружающей среды;
— системы разведки радиотехнических средств противника и др.
На рис. 1.2 представлена упрощенная структурная схема радиолокационной системы, состоящей из радиопередающего устройства (РПУ); антенны (А1), излучающей радиоволны, направленные на цель (Ц); антенны (А2), принимающей отраженный от цели сигнал; радиоприемного устройства (РПрУ), которое обрабатывает принятый сигнал; измерительно-индикаторного устройства (ИИУ), осуществляющего выделение информации о параметрах движения цели. Извлечение информации происходит при действии как внутрисистемных помех, так и помех от сторонних радиосредств, в том числе и специально создаваемых с целью подавления радиосредств.
Системы радиоуправления. Системы этого класса предназначены для управления
движением различного рода подвижных объектов (ракет, искусственных спутников Земли (ИСЗ), космических аппаратов, самолетов, кораблей и т. п.). Характерной их особенностью является органическая связь радиотехнической части систем с управляемым объектом и зависимость выделяемой информации от выходных эффектов системы.
На рис. 1.3 изображена структурная схема системы самонаведения ракеты на цель (Ц). Она состоит из радиотехнического звена (РЗ), предназначенного для выявления соотношения между пространственным положением и движением цели и ракеты, а также для выдачи команд управления на автопилот (АП), который управляет рулями; динамического звена (ДЗ), отображающего реакцию ракеты на управляющее воздействие; кинематического звена (КЗ), определяющего связь положения и движения ракеты в пространстве с изменениями ее положения и движения относительно цели.
Системы разрушения информации. Системы этого класса предназначены для противодействия радиотехническим средствам противника. Они создают помехи нормальной работе подавляемой системы излучением мешающего сигнала.
Комбинированные системы. К этим системам относятся, например, РЛС с активным ответом. Они выполняют функции извлечения и передачи информации.
Рассмотренная классификация РТС не является строгой. Реальные системы могут сочетать функции систем различных классов. Так, в систему радиоуправления входят системы извлечения информации (радиолокационные и радионавигационные) и передачи информации (радиотелеметрии, передачи команд и др.).
Классификация радиотехнических систем по характеру сообщений. В различных устройствах РТС (преобразователе сообщения в электрический сигнал, передатчике, модуляторе, демодуляторе) на стадиях передачи, извлечения, обработки и накопления информации используют различные виды сигналов.
В зависимости от характера сообщений и применяемых сигналов различают непрерывные, импульсные и цифровые РТС.
В непрерывных системах на основных этапах преобразования сообщения имеют непрерывный характер и отображаются в непрерывные изменения одного или нескольких параметров радиосигнала. К таким системам относят системы радиовещания и телевидения, некоторые типы навигационных систем и ряд других.
В импульсных РТС информация содержится в изменениях параметров импульсных радиосигналов. Типичными представителями таких систем являются импульсные радиолокационные системы, системы передачи информации с импульсной модуляцией и др.
В цифровых РТС сообщения отображаются в кодовые комбинации. Число различных символов, из которых состоят кодовые комбинации, называется основанием кода. Различные символы кодовой комбинации передаются соответствующими радиосигналами.
Классификация радиотехнических систем по используемым частотам. Радиотехнические системы могут работать в диапазоне от 3 кГц до 300 ГГц. Несущая частота имеет большое значение для свойств и возможностей РТС. Она существенно влияет на распространение, отражение и рассеяние радиоволн. Поэтому весь диапазон частот разделен на участки, каждый из которых имеет свои особенности (табл. 1.1).
Мириаметровые волны проникают в глубь почвы и воды, огибают Землю, отражаются от ионосферы днем и ночью, огибают, не отражаясь, обычные объекты.
Километровые волны поглощаются в Земле и частично огибают ее, отражаются от ионосферы ночью, огибают, не отражаясь, обычные объекты.
Гектометровые волны поглощаются в Земле, интенсивно отражаются от ионосферы ночью, огибают, не отражаясь, обычные объекты.
Декаметровые волны сильно поглощаются в Земле, избирательно отражаются от ионосферы, слабо отражаются от обычных объектов.
Метровые волны очень сильно поглощаются в Земле, не отражаются от ионосферы, распространяются в пределах прямой видимости, интенсивно отражаются от обычных объектов.
Дециметровые волны распространяются только в пределах прямой видимости, интенсивно отражаются от обычных объектов. Легко достигается направленность излучения и приема.
Сантиметровые волны распространяются только в пределах прямой видимости, интенсивно отражаются от объектов. Легко достигается высокая направленность излучения и приема.
Миллиметровые волны сильно поглощаются в атмосфере. Легко достигается очень высокая направленность излучения и приема.
Наиболее часто в РТС применяются диапазоны ОВЧ, УВЧ и СВЧ. Радиоволны этих диапазонов частот интенсивно отражаются от объектов, антенны компактны и обеспечивают высокую направленность излучения и приема.
Следует отметить, что использование того или иного диапазона радиочастот для систем различных назначений, а также ширина спектра частот, отводимого системе, регламентированы Международной комиссией распределения радиочастот (МКРР). Эти ограничения влияют на выбор вида радиосигнала и построение РТС и, в конечном счете, на ее характеристики.
Классификация радиотехнических систем по модулируемому параметру радиосигнала. Радиотехнические системы извлечения информации в зависимости от информационного параметра подразделяют на амплитудные, фазовые и частотные. К первым относятся, например, системы определения направления прихода радиоволн с помощью направленных антенн; ко вторым — фазовые радионавигационные системы; к третьим — доплеровские системы измерения радиальной скорости.
В радиотехнических системах передачи информации сигналы формируются путем изменения тех или иных параметров переносчика информации по закону передаваемых сообщений. Процесс изменения параметров переносчика информации принято называть модуляцией, если передаваемые сообщения непрерывные, и манипуляцией, если передаваемые сообщения цифровые. В случае, когда переносчиком является гармоническое колебание, модулирующими параметрами могут быть его амплитуда, частота и фаза. Различают непрерывные РТС передачи информации с амплитудной (AM), частотной (ЧМ) и фазовой (ФМ) модуляциями.
В импульсных РТС передачи информации модулируемыми параметрами могут являться амплитуда импульса, его длительность, частота следования и фаза (положение относительно точки отсчета), число импульсов, а также комбинация импульсов и пауз, определяющих код. Соответственно, различают РТС передачи информации с амплитудно-импульсной (АИМ), широтно-импульсной (ШИМ), частотно-импульсной (ЧИМ), фазоимпульсной (ФИМ), импульсно-кодовой (ИКМ) модуляциями. Возможны и другие виды систем.
В цифровых РТС передачи информации применяются относительная фазовая (ОФМ), частотная (ЧМ), амплитудная (AM) манипуляции и другие более сложные виды.
Приведенная классификация позволяет выявить особенности РТС и учесть их при проектировании.