Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Устройства приема и обработки сигналов. Учебно-методическое пособие-1
.pdf
2
К Ku-диапазону
относят полосу 10.7…12.75 ГГц [27, 32, 33]. При
приеме она делится на два поддиапазона: 10.7…11.7 и 11.7…12.75 ГГц.
Для каждого из них существуют как отдельные конвертеры, так и универсальные, в которых переключение поддиапазонов организовано за
счет наличия двух гетеродинов. Их частоты 9.75 и 10.6 ГГц, соответственно для нижнего и верхнего поддиапазонов [32].
Важным моментом является то, что
промежуточная частота в конвертере не является постоянной. При постоянной частоте гетеродина для
разных каналов будет разная ПЧ. Далее сигнал поступает в ресивер, где
подвергается усилению и преобразованию частоты уже на постоянную
вторую ПЧ. Схемы обработки сигнала отличаются для аналогового и
цифрового спутникового телевидения (DVB-S, DVB-S2, DVB-SX).
Примечание. В более старых конвертерах переключение гетеродинов
осуществлялось изменением напряжения питания, подаваемого через коаксиальный кабель к конвертеру. В современных конвертерах изменением напряжений питания выбирается поляризация принимаемого сигнала: 13 В для V
поляризации и 18 В для H [23]. Переключение гетеродинов осуществляется
отсутствием (для нижнего поддиапазона) или присутствием (для верхнего)
тонового сигнала (меандр) с частотой
ресивером и конвертером.
22 кГц в коаксиальном кабеле между
ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Основные элементы лабораторной установки представлены на
рис. 11. Установка состоит из исследуемого конвертера 2, двух излучателей измерительных сигналов 3 и системы транспортиров 1.
Конвертер может поворачиваться в двух направлениях. Углы поворота определяются с помощью транспортиров, расположенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Излучатели предназначены
для передачи сигнала
в направлении конвертера. Они расположены с
ним на одной оси и реализованы в виде коаксиально-волноводных переходов (КВП).
Излучатели с помощью коаксиальных кабелей соединяются с генераторами R&S SMB100A и Г4-111/Б. Выход конвертера подключен к анализатору спектра R&S FSL18. От источника питания постоянного тока Б5-47 на конвертер подается напряжение питания +13
В (для приема
сигнала с вертикальной поляризацией) или +18 В – с горизонтальной.
2
По классификации IEEE Ku-диапазон занимает полосу 12…18 ГГц [35].
21
2
1
Рис. 11. Схематическое изображение лабораторной установки:
1 – транспортиры; 2 – конвертер; 3 – излучатели
Используется конвертер GI 211. Его основные характеристики:
диапазон входных частот 10.7…11.7 ГГц / 11.7…12.75 ГГц;
диапазон выходных частот 950…1950 МГц / 1100…2150 МГц;
частота гетеродина 9.75 ГГц / 10.60 ГГц;
коэффициент шума 0.1 дБ;
количество выходов – 1;
напряжение питания: вертикальная поляризация 13 В; горизон-
тальная поляризация 18 В;
выходной разъем для соединения с коаксиальным кабелем F-ти-
па 75 Ом.
3
ВЫПОЛНЕНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ
1. Измерение коэффициента передачи
На рис. 12 изображена структура лабораторного стенда.
Канал связи
Излучатель
Анализатор
спектра
Конвертер
Рис. 12. Структура лабораторного стенда для экспериментов пп. 1–3
22
Генератор
Сигнал генератора R&S SMB100A поступает на излучатель, от которого передается в направлении конвертера. Выход конвертера соединен с анализатором спектра.
Установить питание конвертера равным +13 В (ток срабатывания
защиты 0.6 А). На излучатель от генератора R&S SMB100A подать
сигнал с уровнем –20 дБм. Изменяя частоту генератора в диапазоне
10.1…13.5 ГГц с шагом 100 МГц, снять зависимость мощности сигна
ла ПЧ на выходе конвертера от частоты принимаемого сигнала. Мощность сигнала необходимо контролировать с помощью анализатора
спектра. Результаты измерения занести в табл. 2.1. По данным таблицы
построить график. Сделать выводы по полученным зависимостям.
Таблица 2.1
-
Частота сигнала,
ГГц
10.1 11.7
10.2
…
11.7 13.5
Мощность
сигнала, дБм
Частота
сигнала, ГГц
Мощность
сигнала, дБм
2. Снятие поляризационной характеристики
Структура стенда остается такой же, как в п. 1 (рис. 12).
2.1. На генераторе R&S SMB100A установить частоту 11 ГГц и
уровень сигнала –20 дБм.
2.2. Установить напряжение питания конвертера, соответствующее
вертикальной поляризации (+13 В). Снять поляризационную характеристику. Для этого необходимо поворачивать конвертер в вертикальной плоскости в диапазоне углов –90…90° с шагом в 15º, измеряя
для
каждого положения мощность сигнала на выходе конвертера. Угол поворота контролировать с помощью транспортира. Результаты занести в
табл. 2.2.
2.3. Установить напряжение питания конвертера +18 В (горизонтальная поляризация). Повторить эксперимент п. 2.2. Результаты занести в табл. 2.2.
2.4. Построить поляризационные характеристики, измеренные в
пп. 2.2 и 2.3, отобразив их на одних осях. Сделать выводы.
23
Таблица 2.2
Угол, град.
–90
–75
…
90
Уровень сигнала, дБм
13 В 18 В
3. Измерение диаграммы направленности рупорного
излучателя конвертора
Структура стенда остается такой же, как в пп. 1 и 2 (рис. 12).
Установить напряжение питания +13 В. На генераторе R&S
SMB100A установить частоту 11 ГГц, уровень сигнала –20 дБм.
Перевести анализатор в линейный режим отображения уровня сигналов. Менять угол поворота конвертера в горизонтальной плоскости в
диапазоне –90…90° с шагом 15º. В
каждом положении измерять мощность выходного сигнала конвертера. Заполнить табл. 2.3 и построить
ДНА. Сделать выводы.
Таблица 2.3
Угол, град. Мощность, дБм
–90
–75
…
90
4. Измерение характеристики «забития»
Забитием (блокированием) называют эффект уменьшения коэффи-
циента усиления каскада и приемника в целом в результате взаимодействия сигнала и мощной немодулированной помехи [37].
Структура стенда при проведении данного эксперимента отличается от использованной в предыдущих пунктах тем, что задействуется
пара облучателей (рис. 13). С помощью первого облучателя передается
24
полезный сигнал. Со второго облучателя излучается помеха. В каче-
f
стве источника помехи выступает генератор R&S SMB100A, в качестве источника сигнала – генератор Г4-111/Б.
Канал связи
Генератор
сигнала
Генератор
помехи
Анализатор
спектра
Изл. 1
Конвертер
Изл. 2
Рис. 13. Структура измерительного стенда
4.1. На генераторе Г4-111/Б установить частоту сигнала 11 ГГц.
На генераторе R&S SMB100A установить частоту помехи 10.8 ГГц.
Установить полосу обзора анализатора спектра 1.1…1.6 ГГц.
4.2. Снять зависимость мощности полезного сигнала на выходе
конвертера от мощности помехи. Последнюю менять в диапазоне от
–20 дБм до 6 дБм с шагом в 2 дБм.
:
4.3. Повторять измерения п. 4.2 для частот помехи
= 10.8, 10.9,
п
11.4, 12, 12.5, 12.6 ГГц. Заполнить табл. 2.4. Построить графики, соответствующие таблице. Сделать выводы.
Таблица 2.4
Мощность
помехи,
дБм
Мощность полезного сигнала на выходе конвертера, дБм
f
=
п
= 10.8 ГГц
f
=
п
= 10.9 ГГц
f
=
п
= 11.4 ГГц
f
=
п
= 12 ГГц
f
=
п
= 12.5 ГГц
f
=
п
= 12.6 ГГц
5. Оценка перекрестных искажений
Перекрестные искажения, или перекрестная модуляция (англ.
cross modulation), возникает при одновременном воздействии на каскады приемника полезного сигнала и мощной амплитудно-модулирован-
25
ной помехи, в результате чего происходит перенос закона модуляции
помехи на полезный сигнал [37, 38].
Структурная схема эксперимента аналогична п. 4 (рис. 13). Генератор Г4-111/Б также выступает в качестве источника сигнала, генератор
R&S SMB100A – в качестве источника амплитудно-модулированной
помехи. В качестве помехи будет использоваться сигнал, амплитуда
которого модулирована одним тоном. Вследствие перекрестных иска
жений спектральный состав полезного сигнала на выходе конвертера
будет меняться – обогащаться парой побочных составляющих, соответствующих боковым частотам спектра АМ помехи (рис. 14).
Спектр сигнала
Спектр помехи
f
-
Мощность
помехи, дБм
Побочные составляющие
Рис. 14. Схематическое изображение спектра сигнала,
подвергнутого перекрестным искажениям, и спектра помехи
Мощность
сигнала, дБм
Мощность
первой побочной
составляющей, дБм
26
составляющей, дБм
Таблица 2.5
Мощность
второй побочной
5.1. Выставить на генераторе R&S SMB100A параметры помехи:
несущая частота – 11.03 ГГц, глубина модуляции – 80 %; частота модулирующего сигнала – 1 МГц. С помощью генератора Г4-111/Б частоту сигнала установить равной 11 ГГц.
5.2. Изменять мощность помехи в пределах от –18 дБм до –2 дБм с
шагом 2 дБм. Фиксировать зависимость от нее мощности сигнала и
пары побочных составляющих, возникающих
в спектре сигнала на вы-
ходе конвертера.
5.3. Результаты измерений внести в табл. 2.5. Построить соответствующие таблице графики. Сформулировать и записать выводы.
27
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
РПУ СИСТЕМ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ
Цель работы: изучить особенности приемного устройства КНС
ГЛОНАСС/GPS ГеоС-1М.
ОСНОВНЫЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ
О СИСТЕМАХ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ
ГЛОНАСС – глобальная навигационная спутниковая система
(Россия);
КА – космический аппарат;
КНС – космическая навигационная система;
НЗ – навигационная задача;
НС – навигационный спутник (далее по тексту НС является сино-
нимом КА);
СРНС – спутниковая радионавигационная система
СТ – стандартная точность;
ВТ – высокая точность;
Galileo – европейская глобальная навигационная спутниковая си-
стема;
GPS (Global Positioning System) – глобальная система позициони-
рования;
NAVSTAR (Navigation Satellite Timing and Ranging) – навигацион-
ная спутниковая система определения времени и положения (США);
альманах (англ. almanac) – набор справочных сведений, входящих
в информацию, передаваемую со спутника. Включает данные о положении всех НС системы и параметры их орбит, сдвиг шкалы времени
каждого НС
времени относительно UTC [39, 40];
эфемериды (англ. ephemeris) – координаты и параметры движения
спутника на фиксированный момент времени [39].
относительно таковой для системы, поправку к шкале
28
;
Система ГЛОНАСС позволяет определять в любой момент време-
x
ни параметры движения объекта, оснащенного навигационной аппаратурой, – три координаты и три составляющие вектора скорости
[41, 42]. Полную орбитальную группировку ГЛОНАСС/GPS составляют 24 спутника
3
(для ГЛОНАСС они размещены с равномерным сдви-
гом в трех орбитальных плоскостях, по восемь спутников в каждой
плоскости). Орбитальная структура сети спутников организована так,
чтобы с каждой точки земной поверхности и околоземного пространства одновременно наблюдались минимум четыре спутника. Это количество, необходимое для штатной работы [42–45].
Упрощенно идею работы навигационной
системы можно описать
следующим образом. Приемник принимает сигнал, по крайней мере, от
четырех спутников, измеряя для каждого время приема относительно
своей шкалы времени (шкалы времени потребителя) (рис. 15) [45].
Из спутникового сигнала приемник извлекает информацию, позволяющую определить время, когда сигнал был передан (в шкале времени
КА, если считать, что спутники имеют единую
шкалу времени), и координаты КА в момент передачи. Передаваемая информация о координатах спутника называется эфемеридной [39, 45]. Зная время приема
и передачи, можно определить задержку на распространение сигнала, а
по задержке, зная скорость распространения, – дальность до каждого
из КА [45].
Так как есть разница между шкалой времени потребителя и КА, то
говорят о «псевдозадержке» и рассчитанной по ней «псевдодальности»
[42, 45, 46]. Исходя из векторов псевдодальностей и координат спутников решается система из четырех уравнений вида
cD x x y y z z c
()()()
ii i i
где c – скорость света; i – номер спутника;
приемника;
– разница между временем потребителя и време-
пр
222
пр пр пр пр
,,
yz
пр пр пр
– координаты
, (3.1)
нем КА.
3
Количество спутников на орбите может быть и больше: по состоянию
на 15.10.2016 группировку КНС ГЛОНАСС составляют 27 КА, из них два
КА – орбитальный резерв, один КА находится на этапе летных испытаний;
группировка GPS состоит из 32 КА, из них один временно выведен на техобслуживание [48].
29
(x1, y1, z1), t
x
с
(x2, y2, z2), t
с
(x3, y3, z3), t
с
(x4, y4, z4), t
с
Псевдозадержка D
D
2
1
Приемник
Четыре неизвестных:
, yпр, zпр), tпр = tс + Δпр
(x
пр
D
3
D
4
Рис. 15. Схематическое изображение приемника и спутников,
а также величин, необходимых для определения положения и времени
Система решается относительно четырех неизвестных
пр,zпр
[39, 45]. Этот метод определения координат называется псве-
пр
,
пр
додальномерным [39].
В реальности описанный принцип существенно упрощен. Не учтено
движение спутников, приемника, применяемой геоцентрической системы координат (англ. Earth-centred, Earth-fixed (ECEF)). Кроме того, временные шкалы спутников не синхронизированы идеально. Не учтены
релятивистские эффекты и то, что путь распространения сигнала не
прямолинеен (присутствуют рефракция и переотражения [45–47]). Учет
этого и других эффектов необходим для обеспечения точности работы
современных навигационных систем, детальное описание принципов
функционирования которых выходит за границы настоящего пособия.
,y
ГЛОНАСС
В ГЛОНАСС используется частотное разделение сигналов. Каждый спутник передает навигационные сигналы в трех диапазонах [41]:
L1 – от 1598.0625 МГц до 1605.3750 МГц;
L2 – от 1242.9375 МГц до 1248.6250 МГц;
L3 – от 1201.7430 МГц до
30
1209.7800 МГц.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]