Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Проектирование радиотехнических устройств и систем. Конспект лекций
.pdf
Московский технический университет связи и информатики
Кафедра радиотехнических систем
В.С. Сперанский
Проектирование радиотехнических устройств и систем
Конспект лекций по курсу
(магистерская подготовка 11.04.01 -радиотехника)
Москва 2016г.
УДК 621.396.6
Сперанский В.С.Проектирование радиотехнических устройств и
систем: Конспект лекций. - М./МТУСИ, 2016.- 29 с.
Издание утверждено Советом факультета РиТ. Протокол № 1
от 14..04.2016 г.
Рецензент: Т.П.Косичкина, к.т.н., доцент
© Московский технический университет
связи и информатики, 2016
Содержание
Лекция 1 Определение радиотехнической системы и классификация
1.1 Классификация РТС
1.2 Радиосистемы передачи информации (РСПИ)
1.3 Радиолокационные системы (РЛС)
1.4 Радиопеленгация и радионавигационные системы
1.5. Системы радиоуправления
1.6. Системы радиоразведки и радиопротиводействия
Лекция 2 Задачи, этапы и порядок проектирования РТС
2.1 Задачи и этапы проектирования РТС
2.2 Порядок проектирования радиотехнических устройств
2.3 Организация проектирования
Лекция 3 Классификация и порядок проектирования радиотехнических
систем передачи информации (РСПИ)
3.1 Классификация стандартов
3.2. Структурная схема РСПИ
3.3. Классификация устройств по назначению и требования к ним
3.4. Характеристики эффективности РСПИ
3.5. Особенности проектирования РСПИ
3.6. Порядок проектирования РСПИ
Лекция 4 РЛС извлечения информации. Порядок проектирования и
оценка эффективности
4.1. Структурная схема РЛС
4.2.Порядок проектирования
4.3.Оценки эффективности РЛС
Лекция 5 Проектирование РТС с учетом электромагнитной
совместимости
5.1. Проблема электромагнитной совместимости и виды помех
5.2. Критерии электромагнитной совместимости (ЭМС)
5.3. Энергетический критерий ЭМС
Лекция 6 Моделирование РТС и РТУ
6.1. Основные понятия и определение моделирования РТС
6.2. Моделирование сигналов, помех и канала
6.3. Имитационные модели
6.4. Моделирование РТУ с использованием пакета MATLAB +SIMULINK
Лекция 7 Методы оптимизации радиотехнических систем
7.1 Характеристика проблемы оптимизации в радиотехнике
7.2 Оптимизация обнаружителя сигнала по двум или трем показателям
качества
7.3 Оптимизация по множеству Парето
Список литературы
Радиотехнические системы
РТС передачи информации
Радиолокация
Радионавигация
Радиопротиводействие
Радиоразведка
Радиоуправление
Лекция 1
Определение радиотехнической системы и классификация
Система представляет собой совокупность взаимосвязанных устройств,
решающих определенную задачу.
Радиотехническая система (РТС) – комплекс радиоустройств, с
помощью которого с использованием радиоволн производится передача
информации, обнаруживаются объекты и измеряются их координаты и
производится управление движением объектов.
Особенности РТС:
1. Наличие радиоканала, включающего радиочастотные каскады
передатчика, антенны, среду распространения и линейную часть
приемника
2. Малый уровень принимаемых сигналов Вт
3. Наличие шумов и помех естественных и организованных, аддитивных
и мультипликативных
4. Сложность РТС комплексов
5. Высокая стоимость
1.1 Классификация РТС [ 1 ]
РТС классифицируются по следующим показателям:
1. По назначению
2. По диапазону частот
3. По месту установки
По назначению различаются: системы извлечения информации
(радиолокационные (РЛС)), системы передачи информации (РСПИ), системы
местоопределения (радионавигационные), системы радиоуправления
подвижными объектами, системы радиоразведки и радиопротиводействия,
как показано на рис. 1.1.
Рис.1.1. Классификация РТС
В РТС используются все диапазоны радиочастот от сверхдлинных до
миллиметровых и терагерцовых. По месту установки различаются
стационарные и на подвижных объектах.
Модем
Кодек
Источник
сообщения
Получатель
сообщения
Кодер
Декодер
Модулятор
Усилитель
мощности
Демодулятор
РПрУ
Синхр.
АР
СВЧ
блок
Формирователь
сигнала
Синтезатор
частот
РПрУ
УПО
УВО
1.2 Радиосистемы передачи информации (РСПИ)
Радиосистема передачи информации служит для передачи сообщения
от источника (аналогового или цифрового) к получателю из одной точки
пространства в другую или другие по радиоканалу. Как правило, РСПИ
являются цифровыми. Схема системы показана на Рис. 1.2
Рис.1.2. Структурная схема РСПИ
На схеме обозначены:
Кодер – помехоустойчивое кодирующее устройство
РПрУ – радиоприемное устройство
Синхр. – устройство синхронизации
РСПИ являются многоканальными. В них используется временное,
частотной или кодовое разделение каналов (абонентов) и соответствующие
устройства коммутации. РСПИ могут являться стационарными или
мобильными.
Основными показателями этих систем являются: энергетическая
эффективность (вероятность битовой ошибки) и спектральная эффективность
(число бит/с на 1 Гц полосы).
1.3 Радиолокационные системы (РЛС) [ 1 ]
Радиолокационные системы (РЛС) производят обнаружение сигналов
объектов, измерение их координат и классификацию объектов. Структурная
схема РЛС показана на Рис. 1.3.
Рис.1.3. Структурная схема РЛС
АР – антенная решетка,
СВЧ блок – устройство преобразования СВЧ сигналов,
Методы пеленгации
Амплитудные
Фазовые
Индикатор
УМ – усилитель мощности,
РПрУ – радиоприемное устройство,
УПО – устройство первичной обработки,
УВО – устройство вторичной обработки,
Индик. – индикатор (дисплей).
Основные характеристики радиолокационных систем: зона обзора,
максимальная дальность действия, мощность передатчика, вероятности
правильного обнаружения и ложной тревоги, величины ошибок измерения
координат.
1.4 Радиопеленгация и радионавигационные системы
Радиопеленгатор – устройство определения направления на объект.
Радиопеленг – направление от места установки антенны на объект,
излучающий сигналы в горизонтальной плоскости между направлением на
север и проекцией объекта на горизонтальную плоскость. На Рис. 4 показаны
методы пеленгации.
Рис.1.4. Методы пеленгации
Пеленгаторы являются основой радионавигации.
Радионавигационная система состоит из одной или нескольких точек
приема сигналов и вычислителя координаты.
Основные характеристик радионавигационных систем:
1. Точность пеленгования
2. Зона действия РНС в горизонтальной плоскости
3. Зона обзора в вертикальной плоскости
4. Чувствительность пеленгатора
5. Время пеленгования
1.5. Системы радиоуправления
Задачей радиосистемы управления (РТСУ) является доставка объекта
управления (ракеты, космического аппарата) в заданную точку пространства.
Это метод дистанционного управления объектами, при котором
управляющее воздействие осуществляется через радиоканал.
Система радиоуправления включает в себя: датчик команд (бортовая
РЛС или приемник команд), автопилот и объект управления (Рис.1.5). По
сигналам управления автопилот поворачивает рули, обеспечивая поворот
корпуса объекта, направляя его на требуемую траекторию. Для стабилизации
контура управления с корпуса на автопилот имеется обратная связь (ОС).
РТСУ
Командные
Управление
космическими
аппаратами
Самонаведения
Автономное
управление
РЛС
слежения
Автопилот
Корпус
объекта
ОС
Рис.1.5. Схема РТС самонаведения
На Рис.1.6. показана классификация РТСУ.
Рис.1.6. Классификация РТСУ
Командное радиоуправление производится с пункта управления по
командам, передаваемым по радиоканалу. При самонаведении команды
управления траекторией (поворот рулей) вырабатываются РЛС слежения на
борту объекта.
Автономное управление производится по карте местности, которая
формируется в бортовой РЛС, облучающей пространство внизу и
включающий радиовысотомер, и сравнивается с картой, хранящейся в ПЗУ
вычислителя. По отклонению карты формируется сигнал управления на
автопилот. Внешних сигналов управления нет, отсюда название.
Отдельное применение РТСУ – управление космическими аппаратами
(стыковка).
Основные характеристики систем радиоуправления: дальность
действия, величина промаха, вероятность поражения цели (стыковка
космических аппаратов).
1.6. Системы радиоразведки и радиопротиводействия [ 2 ]
Системы радиоразведки (радиомониторинга) предназначены для
определения диапазона радиочастот работающих РТС, оценки используемых
сигналов, видов их модуляции и извлечения передаваемой информации. Для
определения диапазонов частот используются панорамные приемники.
Системы радиопротиводействия предназначены для создания
преднамеренных активных или пассивных помех РТС противника с целью
затруднения передачи и извлечения ими информации. Активные помехи
подразделяются на шумовые широкополосные и узкополосные, импульсные
и имитационные. Последние достаточно эффективны при постановке помех
системам передачи информации. Пассивные помехи используются в
Задачи проектирования
Частичная модернизация
Существенная
модернизация
(смена элементной базы,
алгоритмов и т.д.)
Создание новой системы
радиолокации для маскировки целей.
Лекция 2
Задачи, этапы и порядок проектирования РТС
2.1 Задачи и этапы проектирования РТС
Проектирование РТС – последовательность решения задач по
созданию радиотехнических систем и устройств, обладающих более высокой
эффективностью.
Основа проектирования – теория РТС, системотехника, теория
вероятностей, общая теория проектирования, моделирование (пакеты
прикладных программ). Роль ЭВМ – автоматизированное проектирование.
Спиралеобразное развитие РТС. [ 3.4 ].
Разработка требований + проектирование (включая конструирование) +
производство (включая контроль и приемку) + эксплуатация и утилизация +
снова разработка и т.д.
техническое.
1 этап – технические предложения или аван-проект
2 этап – эскизный проект
3 этап – технический проект
С точки зрения решаемых задач различают следующие этапы:
1. Выбор и формулировка целей проектирования
2. Обоснование исходных данных (ограничений, видов показателей
3. Определение принципов построения системы (деление на подсистемы,
(внешний проект, системотехнический)
4. Аппаратурный синтез, методика испытаний (аппаратурная реализация,
5. Конструирование (документация)
Основные этапы проектирования: предварительное, эскизное и
качества)
исходные данные на них, сигналы и др.)
выбор элементной базы)
6. Разработка технологии изготовления
(внутренний проект, схемотехнический)
7. Разработка испытательной аппаратуры
8. Эксплуатация и утилизация
Системный подход как основа проектирования
Системный подход основан на всестороннем, целостном рассмотрении
с учетом развития и взаимодействия РТС с окружающей средой (помехи,
ЭМС).
Необходимо учитывать следующие факторы:
1. Учет всех этапов «жизни» разрабатываемой системы (проектирование,
эксплуатация, утилизация)
2. Учет истории и перспектив развития системы
3. Учет взаимодействия системы с окружающей средой (помехи,
распространение и т.д.)
4. Учет взаимодействия внутри радиотехнической системы (например,
первичная и вторичная обработка)
5. Учет взаимодействия системотехники с элементной базой
6. Учет возможного изменения исходных данных (адаптивность системы)
7. Выделение главных показателей качества ( - РЛС)
8. Сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности
9. Вскрытие основных технических ограничений, препятствующих
улучшению качества системы, и путей их устранения
10. Правильное сочетание различных методов проектирования
Технико-экономическая эффективность системы – количественная
оценка технической эффективности с учетом стоимости:
, где – функция стоимости проектирования, разработки и
эксплуатации. Сложность состоит в нехватке априорных данных.
Показатели качества делятся на: информационные ( ),
конструктивные (масса, объем, габариты) и экономические (стоимость,
безопасность). При системном проектировании выделяют какой-то один
показатель (например, точность информационной системы).
Общая характеристика исходных данных:
, где – совокупность условий работы (сообщения,
сигналы, помехи, рабочие температуры, давление), – ограничения, могут
описываться в виде неравенств , вектор – вектор показателей
качества.
2.2 Порядок проектирования радиотехнических устройств
Методы проектирования
Математические,
моделирование
Эвристические
Экспериментальные
Полунатурное
моделирование
(эксперимен-
тально-
теоретические
исследования)
Лабораторные
исследования
Полевые
испытания
1. Разрабатывается ТЗ на устройство (формулируются и обосновываются
исходные данные, требования к устройству)
2. Составляется совокупность характеристик и параметров устройства,
включая внутренние характеристики качества (эффективность
функционирования)
3. Разрабатывается математическая модель устройства (упрощенная),
выбираются параметры и алгоритмы, составляются структурные схемы
устройства)
4. Проводится оптимизация устройства для выбранного критерия
предпочтения при заданных ограничениях)
5. Выбирается элементная база и разрабатывается принципиальная
электрическая схема (САПР)
6. Конструкция платы, печатный монтаж
7. Технологические карты
Совокупность показателей:
Целевые функции :
– структура
Определение параметров системы
ЭВМ: моделирование и автоматизированное проектирование (САПР)
В процессе проектирования решаются 3 следующие задачи:
1. Синтез алгоритмов преобразования информации (синтез)
2. Выбор оптимальных значений параметров системы ( )
3. Сравнение вариантов построения с целью выбора наилучшего
(оптимизация)
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]