16

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

Запорізький національний технічни1й університет

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО ВИКОНАННЯ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ

з дисципліни

«методи ТА ЗАСОБИ ТЕХНІЧНОГО захисту інформації»

для студентів ЗА НАПРЯМОМ ПІДГОТОВКИ

6.170102 «СИСТЕМИ ТЕХНІЧНОГО ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ»

всіх форм навчання

(Частина 1)

2012

ЗМІСТ

1 Мета роботи ……………………………………………………………..3 2 Коротка теоретична частина …………………………………………....3 2.1 Структура радіоприймальних пристроїв 2.2 Основні параметри радіоприймальних пристроїв 2.3 Структурні схеми радіоприймачів 3 Опис принципової схеми……………………………………………….15 4 Порядок проведення лабораторної paботи…………………………… 15 5 Контрольні питання ……………………………………………………16 6 Вимоги до звіту…………………………………………………………16 7 Завдання для домашньої підготовки…………………………………..16 Список літератури ……………………………………………………….

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 1

ДОСЛІДЖЕННЯ РАДІОКАНАЛУ ЗВ'ЯЗКУ І РЕГЛАМЕНТУ ЧАСТОТНОГО РАДІОДІАПАЗОНУ В МЕЖАХ М, ЗАПОРІЖЖЯ

1. Мета роботи

Мета роботи полягає у вивченні принципу дії й освоєнні методики створення каналів зв'язку, а також визначення характеристик і параметрів радіоприймальних пристроїв. Окрім того необхідно дослідити реальний регламент радіодіапазону в м.Запоріжжі.

2. Коротка теоретична частина

Сукупність відомостей про який-небудь об'єкт або подію називається інформацією. Зберігання, обробка та перетворення інформації здійснюється за допомогою певних символів, в якості яких можуть бути букви алфавіту, математичні знаки, малюнки, часові діаграми. Сукупність символів що містять інформацію, називається повідомленням. Наприклад при телеграфній передачі інформація представляється у вигляді букв і цифр, а повідомленням є текст телеграми. У телефонних системах зв'язку повідомленням є мова, тобто безперервне зміна звукового тиску. В даний час широко використовується представлення інформації у двійковій формі, тобто двома умовними символами. Повідомлення при цьому представляється у вигляді послідовності кінцевого числа двійкових символів. Радіоканал дуже часто використовується для передачі незаконно отриманих відомостей. Для передачі повідомлень від джерела до одержувача використовують фізичні процеси, наприклад, звукові і електромагнітні хвилі, електричний струм або напруга. Фізичний процес, що відображає повідомлення називається сигналом. Сигнали можуть бути електричної і неелектричної природи. Останні для передачі повідомлень в радіотехнічних системах зв'язку перетворюються в електричні коливання за допомогою перетворювачів: мікрофонів, передавальних телевізійних трубок, датчиків температури або тиску і т.п. Ці електричні коливання називають первинними сигналами. Залежно від характеру зміни сигналу в часі розрізняють сигнали: - Безперервні за рівнем і за часом (рисунок 1 а); - Безперервні за рівнем і дискретні за часом (рисунок 1 б); - Дискретні за рівнем і за часом (рисунок 1 г); - Дискретні (квантовані) за рівнем і безперервні за часом (рисунок 1 в). Сигнали першого виду, звані безперервними, задаються на кінцевий або Беско-сонячна часовому інтервалі і можуть приймати будь-які значення в деякому діапазоні. При-мером таких сигналів є сигнали на виходах мікрофона, датчиків температури, тиску-ня, положення і т.п. Будучи електричними моделями фізичних величин, такі сигнали часто називаються аналоговими. Сигнали другого виду задаються в певні дискретні моменти часу і можуть приймати будь-які значення з деякого діапазону. Їх можна отримати з безперервних сиг-лів шляхом взяття відліків в певні моменти. Це перетворення називається дискретизацією в часі. Крок дискретизації ТД (проміжок часу між двома сусідніми від-рахунками) може бути як постійним, так і змінним. Зазвичай його значення вибирають, виходячи з допустимої похибки при відновленні безперервного сигналу по кінцевому числу його відліків. Сигнали третього виду, звані квантованими за рівнем, задаються на деякому часовому інтервалі і характеризуються тим, що приймають тільки цілком визначене дис-конкретного значення. Їх можна отримати з безперервних сигналів, застосовуючи до них операцію квантування по рівню. В результаті цієї операції безперервний сигнал заміняється ступенчатою функцією. Крок квантування (відстань між двома сусідніми дозволеними рівнями) може бути як постійним, так і змінним. Його зазвичай вибирають з умови забезпечення необхідної точності відновлення безперервного сигналу з квантованого.

Рисунок 1- Різновиди сигналів

Сигнали четвертого виду, звані дискретними, задаються у певні дискретні моменти і приймають певні дискретні значення. Їх можна отримати, наприклад, з безперервних сигналів, здійснюючи операції дискретизації за часом і квантування по рівню. Такі сигнали легко уявити в цифровій формі, тобто у вигляді чисел з кінцевим чис-лом розрядів. З цієї причини їх часто називають цифровими. Аналогічна класифікація можлива і для повідомлень. Повідомлення, що підлягають передачі, є або випадковою величиною, або випадковою функцією. Детерміновані (заздалегідь відомі) повідомлення не містять інформації, і немає сенсу їх передавати. Відповідно сигнал також слід розглядати як випадковий про-процес. Детерміновані сигнали не несуть інформацію. У техніці зв'язку вони використовуються для вивчення властивостей різних радіотехнічних ланцюгів. Безліч можливих повідомлень (сигналів) з заданим на ньому розподілом веро-ятностей називається ансамблем повідомлень (сигналів). Під системою зв'язку (рис. 2) розуміють сукупність технічних засобів, що призначені-значення для передачі інформації, включаючи джерело повідомлень і одержувача повідомлень. Джерело повідомлень - це пристрій, що здійснює вибір повідомлень з ансамблю сполучен-ний. Ним може бути датчик, ЕОМ і т.п. Залежно від типу повідомлень розрізняють Дискрет-тарні та безперервні джерела. Враховуючи, що первинні сигнали часто ототожнюють з передаються повідомлення-ми, надалі під джерелом повідомлень будемо розуміти джерело первинних повідомлень різної природи та перетворювач неелектричної величини в електричну.

Рисунок 2 –Варіант системи зв’язку

Передавальний пристрій призначений для перетворення повідомлення в сигнал, який може поширюватись по лінії зв'язку. У загальному випадку воно виконує операції кодування і модуляції (малюнок 3 3). При передачі безперервних повідомлень цифровими методами передавальний пристрій здійснює також операції дискретизації за часом і квантування по рівню.

Рисунок 3- Перетворення в передавальному пристрої

У вузькому сенсі кодування являє собою перетворення дискретного сполучення в послідовність кодових символів, здійснюване за певним правилом. Безліч всіх кодів послідовностей (кодових комбінацій), можливих при даному правилі кодування, утворює код. Сукупність символів, з яких складаються кодові послідовності, називають кодовим алфавітом, а їх число (обсяг кодового алфавіту) - підставою коду. Кількість символів в кодовій комбінації може бути однаковим або різним. Відповідно розрізняють рівномірні і нерівномірні коди. Кількість символів в кодовій комбінації рівномірного коду називається довжиною коду.

Одним із завдань кодування є узгодження алфавіту, в якому представлено повідомлення, з алфавітом, в якому працює радіотехнічна система передачі інформації (РСПІ). Як приклад розглянемо передачу букв російського алфавіту. Їх число, як це прийнято в телеграфії, дорівнює 32. У загальному випадку для передачі цих букв потрібно 32 різні сигналу. Така система зв'язку виявляється досить громіздкою і дорогої. На практиці зазвичай використовують виконавчі системи (системи з двома сигналами). Для передачі 32 різних букв по такій системі зв'язку необхідно попередньо перетворити ці букви в послідовність двійкових чисел, тобто здійснити кодування. У розглянутому випадку кожній букві можна поставити у відповідність п'ятизначне двійкове число. Один і той же ансамбль повідомлень можна закодувати різними способами. Очевидно, що найкращим є код, при якому, по-перше, є можливість відновлення оригінального повідомлення по кодової комбінації, і, по-друге, для представлення одного повідомлення в середньому потрібно мінімальне число символів. Першу вимогу задовольняють зворотні коди, у яких усе кодові комбінації помітні й однозначно пов'язані з відповідними повідомленнями. Код, що задовольняє другій вимозі, називається економним. Таким чином, для подання повідомлень найкращим є зверниний економний код. Кодування дозволяє підвищувати достовірність передачі інформації. Але відзначимо, що всі коди поділяються на прості і перешкодостійкі. Прості коди складаються з усіх можливих кодових комбінацій. Тому перетворення одного символу кодової комбінації в інший з-за дії перешкод призводить до нового кодової комбінації, тобто до появи не виявляє помилки. У завадостійких кодах використовується лише деяка частина із загального числа можливих кодових комбінацій. Завдяки цьому з'являється можливість виявляти і виправляти помилки в прийнятих комбінаціях, що й сприяє підвищенню достовірності передачі інформації. Відповідно до завдань кодування розрізняють кодуючий пристрій (кодер) для джерела і кодуючий пристрій для каналу (рис. 3). Завданням першого є економія (в сенсі мінімуму середнього числа символів) подання повідомлень, а завданням другого - забезпечення достовірної передачі повідомлень. Первинні сигнали, як правило, низькочастотні. Їх можна передавати лише по кабелях лінії зв'язку. Для передачі повідомлень по радіолінії використовують спеціальні коливання, так звані переносники. Вони повинні добре поширюватись по лінії зв'язку. У РСПІ як переносників використовуються високочастотні коливання. Самі переносники не містять інформації про передаванне повідомлення. Для того щоб закласти в них цю інформацію, застосовують операцію модуляції, яка полягає в зміні одного або декількох параметрів переносника згідно із законом переданого повідомлення. Пристрій, що здійснює цю операцію, називається модулятором. Лінія зв'язку - це середовище, що використовується для передачі сигналів. У радіоліній середовищем служить частину простору, в якому розповсюджуються електромагнітні хвилі від передавача до приймача. Основним завданням приймального пристрою є виділення переданого повідомлення з прийнятого сигналу. У загальному випадку це досягається виконанням над прийнятим сигналом операцій демодуляції і декодування. Пристрої, що виконують ці операції, називаються вiдповiдно демодулятором і декодером. Операція демодуляції полягає в перетворенні прийнятого модульованого сигналу, спотвореного перешкодами, в модулюючий сигнал. У системах передачі безперервних повідомлень за аналогової модуляції сигнал на виході демодулятора збігається з первинним сигналом, що відображає повідомлення. Тому він без подальших перетворень надходить до одержувача. У системі передачі дискретних повідомлень можливі два методи відновлення повідомленнь: поелементний прийом і прийом в цілому. У першому випадку аналізуються елементи прийнятого сигналу, відповідні кодовою символів. При цьому на виході демодулятора з'являється послідовність кодових символів, яка потім піддається декодуванню для відновлення дискретного повідомлення. У другому випадку аналізується цілком відрізок сигналу, відповідний кодової комбінації, і відповідно до використовуваним критерієм ототожнюється з тим чи іншим дискретним повідомленням. У таких системах операції демодуляції і декодування суміщені і виконуються одним пристроєм. Частина приймального пристрою, який робить аналіз вхідного сигналу і приймає рішення про передане повідомлення, називається вирішальною схемою. У системах передачі безперервних повідомлень за аналогової модуляції вирішальною схемою є демодулятор. У системах передачі дискретних повідомлень з поелементним прийомом можна вказати дві вирішальні схеми: демодулятор та декодер. У системах передачі дискретних повідомлень, що використовують метод прийому в цілому, вирішальною схемою є пристрій, що здійснює операції демодуляції та декодування. Одержувач повідомлень - це пристрій (магнітофон, ЕОМ автомат і т.п.), для якого призначено повідомлення. Сукупність кодуючого і декодуючого пристроїв утворюють підсистему, звану кодеком. Сукупність модулятора і демодулятора утворюють підсистему, звану модемом. Задана сукупність технічних засобів передачі інформації, що включає середу поширенняення радіосигналу, називається каналом. Конкретний склад каналу визначається колом вирішуваних завдань. Так, в одних випадках канал може складатися тільки з ліній зв'язку, в інших - з модулятора, лінії зв'язку і демодулятора і т.п. Істотним недоліком розглянутої системи є та обставина, що первинна сторона не має в своєму розпорядженні інформації про ступінь відповідності прийнятих повідомлень переданим. Забезпечення двостороннього зв'язку між джерелом інформації та одержувачем дозволяє усувати цей недолік. Для двостороннього обміну інформацією крім прямого каналу необхідний другий, зворотний канал (рис. 2). При цьому інформація, що передається по зворотному каналу, може бути використана для збільшення вірогідності передачі сполучений в прямому напрямку. Системи зв'язку, в яких застосовується передача інформації по зворотному каналу для підвищення достовірності передачі по прямому каналу, називаються системами зі зворотним зв’язком. Залежно від характеру інформації, що передається по зворотному каналу інформації і від способу її використання розрізняють системи з управляючою і з інформаційної зворотним зв'язком. У системах першого типу вирішальна схема приймача або виносить рішення про переданому повідомленні і направляє його одержувачу, або, якщо це повідомлення виявляється сумнівним, приймає рішення повторити його, про що передавальна сторона інформується по зворотному каналу. У системах другого типу приймальня сторона інформує транслює по зворотному каналу про те, яке повідомлення ним прийнято. Для цього використовується або ретрансляція відновленого повідомлення, або передача певної сигналу, сформованого за певним законом з прийнятого. Передавач порівнює прийняте по зворотному каналу повідомлення з переданим і при їх невідповідності повторює передане повідомлення. У деяких системах по зворотному каналу передаються випробувальні сигнали, за допомогою яких визначаються проміжки часу "добре" стану прямого каналу (наприклад, проміжки часу, коли ослаблення сигналу не перевищує деякого фіксованого значення). Саме в ці проміжки часу ведеться передача інформації по прямому каналу. Такі системи називаються системами з переривчастою зв'язком. За зворотного каналу можуть також передаватися команди на зміну робочої частоти, зміни швидкості передачі інформації, зміна коду тощо, що, наприклад, має місце в адаптивних СПІ. По одній лінії можна забезпечити одночасну передачу декількох повідомлень. Такі системи зв'язку називаються багатоканальними. Для розділення канальних сигналів необхідно, щоб вони різнилися між собою за деякими ознаками. На практиці широко застосовують багатоканальні системи з розділенням сигналів за часом, частоті і формі. Сучасні РСПІ характеризуються великою різноманітністю видів передаються з-спілкувань, способів модуляції, принципів побудови, режимів роботи і т.п. Відповідно вони можуть бути класифіковані за багатьма ознаками. За кількістю каналів розрізняють одноканальні та багатоканальні системи. За наявності зворотного каналу розрізняють системи без зворотного зв'язку і зі зворотним зв'язком.

За режимом використання каналу розрізняють системи однобічного зв'язку, (симплекс) та системи двостороннього зв'язку (дуплекс). У перших передача здійснюється в одному напрямку, в останніх можлива одночасна передача в обох напрямках. У симплексного системі можлива двосторонній зв'язок, але передача і прийом ведуться по черзі. По виду переданих повідомлень розрізняють такі типи систем: телефонні, призначені для передачі мови; телеграфні, призначені для передачі тексту; фото-телеграфні, призначені для передачі нерухомих зображень; телевізійні, призначені для передачі зображень; телеметричні, призначені для передачі вимірювальної інформації; системи телеуправління, призначені для передачі команд управління; системи передачі даних, призначені для обслуговування автоматизованих систем управління. Залежно від механізму розповсюдження радіохвиль, які використовуються для передачі повідомлень, розрізняють іоносферні, тропосферних, метеорні та космічні системи. Класифікація систем за іншими ознаками, таким, як вид модуляції, , спосіб забезпечення вільного доступу, буде приведена далі. Для різних РСПІ критерії відповідності прийнятого сигналу переданому можуть суттєво відрізнятися. При передачі дискретних повідомлень дію перешкод виявляється в тому, що замість переданого символу приймається другий. У цьому випадку вірогідність передачі повідомлень доцільно характеризувати або ймовірністю правильного прийому символу pпр, або ймовірністю помилки pош = 1 - pпр. Під перешкодостійкістю СПІ розуміється здатність системи протистояти шкідливій дії завад на передачу повідомлень. Вона залежить від способів кодування, модуляції, методу прийому і т.п. При передачі дискретних повідомлень для характеристики швидкодії апаратури формування інформаційних символів користуються поняттям технічна швидкість. Вона визначається числом символів дискретного повідомлення, що передаються в одиницю часу, і вимірюється в бодах. Однією з важливих характеристик системи передачі інформації є затримка, під якою розуміється проміжок часу між подачею повідомлення від джерела на вхід передає пристрої та видачею відновленого повідомлення одержувачу прийомним пристроям-вам. Вона залежить від протяжності лінії зв'язку і часу обробки сигналу в передавальному і приймальному пристроях. Канали зв'язку можна класифікувати за різними показниками. У теорії передачі сигналів канали класифікують за характером сигналів на вході і виході. Розрізняють безперервні, дискретні і дискретно-безперервні канали. У безперервного-них каналах сигнали на вході і виході неперервні по рівнях, в дискретних - вони відповідно дискретні, а в дискретно-безперервних - сигнали на вході дискретні, а на виході неперервні, і навпаки. Можлива також класифікація каналів за призначенням РСПІ (телеграфні, телевізійні, телеметричні та ін), по виду фізичного середовища розповсюдження (провідні, кабельні, хвилеводні тощо) і за діапазоном використовуваних ними частот. До радіодіапазону відносять частоти, що відповідають довжинам хвиль від кіломтрів до міліметрів. Крім радіодіапазону, в даний час широке поширення знайшов і оптичний діапазон хвиль. У силу дискретного характеру електромагнітного випромінювання в оптичному діапазоні хвиль такі канали прийнято називати квантовими. Дані про радіодіапазонах наведені в таблиці 1.

Таблиця 1- Роподіл радіодіапазону

Діапазон частот	Діапазон хвиль	Назва частот	Найменування хвиль
30...300 Гц	1000...10000 км	Наднизькі (ННЧ)	Мегаметрові
300...3000 Гц	100...1000 км	Інфранизькі (ІНЧ)	Гектокілометрові
3...30 кГц	10...100 км	Дуже низькі (ДНЧ)	Меріаметрові
30...300 кГц	1...10 км	Низькі (НЧ)	Кілометрові
300...3000 кГц	100...1000 м	Середні (СЧ)	Гектометрові
3...30 МГц	10...100 м	Високі (ВЧ)	Декаметрові
30...300 МГц	1...10 м	Дуже високі (ДВЧ)	Метрові
300...3000 МГц	10...100 см	Ультрависокі (УВЧ)	Дециметрові
3...30 ГГц	1...10 см	Надвисокі (НВЧ)	Сантиметрові
30..300 ГГц	1...10 мм	Вкрай високі (ВВЧ)	Міліметрові
300...3000 ГГц	0,1...1 мм	Гіпервисокі (ГВЧ)	Дециміліметрові

За способом поширення радіохвиль розрізняють канали з відкритим і з закритим поширенням. У каналах з закритим поширенням електромагнітна енергія передається за допомогою напрямних ліній (кабельні, провідні, хвилеводні СВЧ тракти та ін.) Для них характерні малий рівень завад і сталість параметрів сигналу, що дозволяє передавати інформацію з високою швидкістю та достовірністю. Коротко розглянемо особливості використання радіохвиль різних діапазонів у каналах з відкритим поширенням. У діапазонах ІНЧ, ДНЧ, НЧ на невеликих відстанях поле в місці прийому створюється за рахунок дифракційного огинання хвилями опуклих поверхонь Землі. На великих відстанях радіохвилі поширюються у своєрідному сферичному хвилеводі, внутрішня стінка якого утворюється поверхнею Землі, а зовнішня - іоносферою. Такий механізм поширення дозволяє приймати сигнали в будь-якій точці Землі, причому параметри прийнятих сигналів відрізняються достатньо високою стабільністю. Особливістю цих діапазонів є також здатність хвиль проникати в товщу Землі і води на глибину в десятки метрів. У поширенні хвиль діапазону ВЧ бере участь іоносфера. Однак, якщо хвилі довше 1 км відбиваються від нижнього шару її практично дзеркально, то декаметрових хвилі досить глибоко проникають в іоносферу, що призводить до ефекту багатошляховості, коли в точку прийому приходить одночасно кілька сигналів з різними часом запізнювання. Багатопроменевість може носити дисперсійний або дискретний характер. Дисперсія (розсіювання) сигналу визначається відображенням радіохвиль від деякого обсягу іоносфери, а дискретна багатопроменевість - відбиттям від різних верств іоносфери. Так як глибина проникнення в іоносферу залежить від довжини хвилі, то для передачі інформації між двома пунктами можна вказати оптимальну робочу частоту (ОРЧ), на якій зв'язок буде найбільш надійною (максимум потужності сигналу, мінімум ефекту багатошляховості). Значення ОРЧ розраховують для певних трас і часу зв'язку. Для цього складають довготривалі та короткочасні прогнози за даними світової мережі станцій іоносферного зондування. Декаметрових хвилі широко застосовуються для глобальної зв'язку і радіомовлення. З їх допомогою можна передавати інформацію порівняно великого обсягу в межах всієї земної кулі за обмеженої потужності передавача і невеликих за розміром антенах. До появи супутникових систем зв'язку цей діапазон був єдиним придатним для організації зв'язку між двома будь-якими пунктами на Землі без проміжного ретрансляції. Однак ефект глобального поширрення коротких хвиль має і свої негативні ознаки - у точці прийому можуть з'явитися сильні завади від далеких радіостанцій. Гектометрові хвилі вдень поширюються як земні, а вночі - як іоносферні. Дальність розповсюдження земної хвилі над сушею не перевищує 500 км, а над морем - 1000 км. Діапазон СЧ широко використовується в радіомовленні, зв'язку та радіонавігації.   Хвилі діапазону частот від 30 МГц і вище слабо дифрагуют і тому розповсюджуються в межах прямої видимості. Деякого збільшення дальності можна досягти, провівши підняті антени, для організації зв'язку на відстані, що перевищують пряму видимість, ретрансляцію сигналів. Системи з ретрансляцією сигналів називають радіорелейними лініями. Одним з основних достоїнств високочастотних діапазонів є великою частотний ресурс, що дозволяє створювати радіосистеми передачі інформації з високою швидкістю передачі та радіомережі з великим числом одночасно працюючих радіостанцій. Прагнення збільшити дальність радіолінії в цих діапазонах без проміжного ретрансляції знайшло своє рішення в РСПІ, що використовують розсіювання радіохвиль на неоднорідності тропосфери, іоносфери і метеорних слідах. Однак такі системи за якістю передачі інформації не можуть конкурувати з радіорелейними лініями того ж діапазону, по-цьому їх має сенс застосовувати тоді, коли будівництво радіорелейних ліній з тих чи інших причин не можливо. Прагнення збільшити ширину смуги частот каналу, а також підвищити просторі-ву селекцію сигналів за рахунок використання гостро направлених антен при їх обмежених розмірах призвело до освоєння діапазону міліметрових і дециміліметрових хвиль. Головною особливістю їх з точки зору розповсюдження є сильне поглинання в дощ і тумані, що обмежує їх застосування в наземних системах великої дальності. Проте в космічних і супутникових системах вони дуже перспективні. Нову еру в освоєнні високочастотної області радіочастот для засобів зв'язку відкрив запуск штучних супутників Землі (ШСЗ). Зазвичай ШСЗ знаходяться на висоті від 500 до 40000 км від поверхні Землі і тому забезпечують радіозв'язок між земними станціями, віддаленими на відстані до 10 ... 17 тис. км. Лінія супутникового зв'язку складається з двох кінцевих земних станцій та одного або декількох супутників-ретрансляторів, що обертаються навколо Землі за заданими орбітами.. З усього різноманіття орбіт ШСЗ особливий інтерес представляє екваторіальна колова орбіта, віддалена від поверхні Землі на відстань близько 36 тис. км (стаціонарна екваторіальна орбіта). Коли напрямок руху ШСЗ за такою орбіті збігається з напрямом обертання Землі, супутник буде здаватися наземному спостерігачеві нерухомим (стаціонарний супутник). При використанні трьох стаціонарних супутників, розташованих в екваторіальній площині через 120° по дузі, принципово виявляється можливим організувати глобальну систему зв'язку. Максимальний від горизонту до горизонту огляд земної поверхні від одного ШСЗ або, інакше кажучи, максимальна відстань уздовж поверхні Землі між двома станціями буде практично становити 15 ... 17 тис. км. Істотні переваги стаціонарної орбіти полягає в зниженні вимог до систем стеження за супутником, зведення до мінімуму доплерівських зсувів частоти сигналів, що спрощує приймальний пристрій при великому огляді поверхні Землі. Недоліком стаціонарної орбіти є поганою охоплення приполярних зон. Тому на території колишнього СРСР для систем зв'язку широко застосовуються сильно витягнуті еліптичні орбіти з великою півосі до п'яти земних радіусів з ексцентриситетом 0,8 ... 0,9 і кутом .°нахилу приблизно 65 Три супутника, виведені через рівномірний інтервали часу на аналогічні еліптичні орбіти, висхідні вузли яких , можуть забезпечити цілодобову безперервну°зміщені щодо один одного на 120 зв'язок між земними станціями, розташованими в Північній півкулі Землі, на глобальні рас-стояння. Вибір робочих частот для ліній радіо зв'язку через ШСЗ визначається наступними чинниками: умовами розповсюдження і поглинання радіохвиль, рівнем зовнішніх перешкод, приймальною антеною, технічними засобами (коефіцієнт шуму приймального пристрою, ширина пелюстки діаграми спрямованості, точність орієнтації і т.п. ), взаємними перешкодами між системами зв'язку через ШСЗ та іншими службами, що працюють у суміжних або суміщених діапазонах частот. Обмеження діапазону частот знизу визначається екрануючим дією іоносфери, а зверху - поглинанням в тропосфері. Ці два фактори зумовили діапазон робочих частот 30 МГц ... 40 ГГц. В даний час найбільшого використання знаходить діапазон 1 ... 12 ГГц. 2.1 Структура радіоприймальних пристроїв Радіоприймальний пристрій призначений для прийому радіосигналів (електромагнітних коливань, які несуть інформацію), їх посилення, перетворення і витяги з них передавати інформацію. Радіоприймальний пристрій має наступну структуру:

Рисунок 4 – Структурна схема детекторного приймача

Призначення окремих вузлів структури визначається основними функціями, виконуваними кожним радіоприймальних пристроїв. До них відносяться:

1. Перетворення електромагнітного поля сигналу в високочастотні струми і напруги. Таке перетворення виконує антена А.

2. 2. Виділення коливань з частотою прийнятого сигналу і ефективне придушення радіосигналів на інших несучих частотах, тобто здійснення частотної вибірковості сигналу. Це завдання вирішується виборчими системами, що входять в тракт ВЧ. 3. Детектування прийнятого сигналу, тобто виділення напруги, відповідного модулюючого сигналу, за допомогою якого передається повідомлення. Це завдання, в залежності від виду модуляції сигналу, вирішується амплітудних, частотним або фазовим детекторами.

3. Основний обробіток прийнятого сигналу проводиться в трьох основних ланках радіоприймального пристрою: у ВЧ тракті, детекторі і НЧ тракті. Цю частину прийнято називати радіоприймачем. Залежно від схемного виконання ВЧ тракту радіоприймачі розділяються на два основних типи: приймачі прямого посилення і супергетеродинні радіоприймачі. 2.2 Основні параметри радіоприймальних пристроїв До основних технічних показників приймачів відносяться чутливість вибірковості, якість відтворення сигналу, діапазон робочих частот.

Чутливість радіоприймача - міра його здатності забезпечувати приймання слабких радіохвилі. Вона характеризується мінімальною ЕРС Еа сигналу в приймальні антени, яка забезпечує нормальне функціонування виконавчого пристрою. Чим менше ЕРС потрібно для нормального прийому, тим вище чутливість радіоприймача.

Поскільки у випадку прийому модульованих радіосигналів вихідна напруга і потужність залежать від коефіцієнта модуляції сигналу, що приймається, то для порівняння чутливості приймачів її визначають при частоті модуляції F = 1000Гц і коефіцієнті модуляції m = 30%. Для зв'язкових приймачів частотно-модульованих (ЧС) сигналів нормально модульованим сигналом вважається сигнал з індексом частотної модуляції mf = 0,3 при тій же частоті модуляції F = 1000Гц. Чутливість залежить від максимально можливого в даному приймальнику посилення прийнятих сигналів, проте, збільшення посилення обмежена наявністю шумів і перешкод на вході приймача і в тракті підсилення. Очевидно, рівень корисного сигналу на виході приймача повинен бути вище за рівень перешкод і шумів. Для характеристики сигнал / шум на виході, використовується поняття реальної та порогової чутливості. Реальною чутливістю приймача називають чутливість, яка визначається мінімальним рівнем сигналу на його виході при заданому відношенні рівнів корисного сигналу і шуму на виході приймача. Зазвичай це відношення беруть рівним трьом для зв'язкових приймачів і 10 для приймачів звукового мовлення. На ДВ, СВ і КВ підвищення чутливості приймача обмежується, в основному, рівнем зовнішніх перешкод створюваних грозовими розрядами, промисловими радіоустановками, сторонніми радіостанціями і т.д.

У діапазоні УКХ чутливість приймача обмежується, в основному, внутрішніми шумами самого приймального пристрою, включаючи шуми антени космічного походження. Залежно від типу кінцевого приладу і умов реєстрації корисного сигналу до потрібного відношення сигнал / шум на виході приймача може бути різним. Тому для порівняння власне приймачів введено поняття порогової чутливості приймача. Порогової чутливістю називають чутливість приймача, що визначається мінімальним рівнем сигналу на його вході при рівних рівнях корисного сигналу і шуму на виході приймача. Вибірковість приймача - його властивість відрізняти корисний радіосигнал від авад за певними ознаками властивих радіосигналу. Заважати дії перешкод можна суттєво послабити розумним застосуванням різних способів вибірковості. Частотна вибірковість кількісно характеризує здатність приймача виділяти з усіх радіочастотних коливань і радіоперешкод які діють на її вході, радіочастотний сигнал, відповідний частоті настройки приймача. Частотна вибірковість застосовується в усіх без винятку радіоприймальних пристроях, оскільки ефективне посилення радіосигналу у приймальнику можливо тільки за допомогою резонансних, тобто частотно-виборчих підсилювачем . При оцінці частотної вибірковості розглядають два види вибірковості: вибірковість по сусідньому каналу і вибірковість за додатковими каналами прийому. Кількісно вибірковість приймача оцінюється відношенням його резонансного коефіцієнта посилення k0 до коефіцієнта підсилення на частоті сусіднього (fск) або додаткового (fдк) каналу. Se ск = k0 / (k (fск)), Se ДК = k0 / (k (fдк)). При супергетеродинному прийомі основним додатковим каналом прийому є так званий дзеркальний канал. Прагнення підвищити вибірковість приймача призводить до зменшення смуги пропускання, що збільшує спотворення корисного сигналу. Це протиріччя дозволяється застосуванням коливальної системи з резонансними характеристиками, близькими за формою до прямокутної (крива 2 на рис. 5).

k

1

2

f

0 f’ fc f”

Рисунок 5- До поняття вибірковості

При такій формі резонансної характеристики умови проходження однаково для всього спектру корисного сигналу, а завади по сусідніх каналах f 'і f''ефективно придушуються, на відміну від звичайної резонансної характеристики (крива 1 на рис. 5). Просторова вибірковість здійснюється за допомогою направлених приймальних антен, і дозволяє істотно послабити рівень зовнішньої завади на вході приймача, якщо напруги джерела сигналу і перешкоди помітно різняться між собою. Найбільшого поширення цей вид отримав в діапазоні НВЧ, де легко здійснимі гостронаправлених приймальні антени. Тимчасова вибірковість може бути реалізована, якщо момент появи сигналу на вході приймача відомий досить точно. Цей вид вибірковості часто використовується в імпульсних РЛ приймачах з стробування. У режимі стробування приймач працює тільки в короткі інтервали часу відповідні очікуваному прийому відбитих імпульсних сигналів. Все інше час вхід приймача замкнений, що знижує заважає дію перешкод. Якість відтворення сигналів визначається ступенем спотворень, що вносяться в сигнал радіоприймачем. У зв'язкових приймачах спотворення проявляються у вигляді поганої чіткість мовлення, зміну тембру звучання і т.д. При відсутності спотворень закон зміни напруги на виході приймача точно відповідає закону модуляції високочастотного сигналу в антені. Спотворення, що вносяться приймачем, можна розділити на лінійні і нелінійні. Лінійні спотворення обумовлені лінійними елементами каскадів приймача (конденсаторами, дроселями, паразитним ємності й індуктивності) і залежать від амплітуди прийнятого і підсилюється сигналу. Вони виявляються в нерівномірному посилення окремих гармонійних складових сигналу (амплітудно-частотні спотворення) і в порушенні фазових співвідношень між гармонійними складовими сигналу (фазочастотне спотворення). Амплітудно-частотні спотворення в приймачах радіотелефонні сигналів призводять до зниження розбірливості мови та зміна тембру звуків. Нелінійні спотворення викликаються наявністю нелінійних ділянок ВАХ транзисторів і попаданням робочої точки на ці ділянки. У результаті в спектрі сигналу з'являються нові гармонійні складові. Це змінює звук або зображення, що відтворюється кінцевим пристроєм приймача. Діапазон робочих частот приймача. Робочі частоти приймача можуть бути задані частотним діапазоном, в межах якого забезпечується плавна перебудова (мовні приймачі), або набором фіксованих частот (зв'язкові приймачі). Повний діапазон перебудови приймача зазвичай розбивається на ряд піддіапазонів. Відношення крайніх частот під-діапазону називається коефіцієнтом перекриття піддіапазону Kпп = f0max/f0min. У цьому випадку в межах кожного піддіапазону настройка проводиться конденсатором змінної ємності, а при переході з одного піддіапазону на другий перемикають котушки індуктивності. Від приймача потрібно, щоб його основні параметри залишалися в межах допустимих величин при налаштуванні на будь-яку частоту заданого діапазону. 2.3 Структурні схеми радіоприймачів Узагальнена структурна схема приймача прямого посилення має вигляд.

Рисунок 6 –Структурна схема радірприймача

Високочастотний тракт, що складається з вибіркового вхідного ланцюга ВЦ і підсилювача радіочастоти УРЧ, містить мінімальну кількість блоків, необхідних для здійснення перерахованих вище функцій радіоприймального пристрою. Приймач прямого поїідсилення характеризується тим, що ВЧ тракт здійснює посилення і частотну вибірковість безпосередньо на частоті сигналу, що приймається. Цим зумовлена назва приймача такого типу. Вхідна ланцюг служить для попередньої вибірковості корисного сигналу і передачі його на наступний каскад. Підсилювач радіочастоти УРЧ, крім забезпечення частотної вибірковості, має посилити прийнятий сигнал, потужність якого на вході приймача набагато менше необхідної для нормальної роботи УНЧ. Сигнал може бути посилений як у високочастотному, так і в низькочастотному тракті, але коефіцієнт посилення високочастотного тракту повинен бути таким, щоб забезпечити нормальну

р оботу детектора (Д).

Амплітуда вхідного сигналу, починаючи з якої електричні показники детектора стають досить високими, дорівнює 0,5-1В залежно від типу детектора. Таким чином,

Рисунок 7 –Структурна схема приймача супергетеродинного типу

лінійний режим детектування. У найпростішому варіанті НЧ тракт приймача складається з підсилювача низької частоти УНЧ, який посилює вихідна напруга детектора до рівня, необхідно для нормальної роботи динаміка або іншого виконавчого пристрою. Приймачі прямого посилення володіють серйозними недоліками: погана вибірковість, низькою чутливістю, нерівномірним посиленням по діапазону. Супергетеродинні приймачі (СДП) мають найкращі характеристиками і параметрами, ніж приймачі інших типів. СДП мають наступну структурну схему,: наведену на рис. 7.

У СДП у вхідний ланцюга ВЦ та підсилювачі радіочастоти УРЧ здійснюється лише попередня вибірковість і посилення корисного сигналу. Тому ВЦ і УРЧ називають преселектором. З виходу УРЧ сигнал впливає на перетворювач частоти ПЧ, що складається із змішувача СМ і гетеродина Г (малопотужного автогенератора). Частота гетеродина fг відрізняється від частоти сигналу fc на так звану проміжну частоту fпр. Напруга сигналу і гетеродина подаються на СМ, де відбувається перетворення модульованих коливань з частотою прийнятого сигналу в коливання більш низькою проміжної частоти. При цьому закон модуляції сигналу залишається незмінним. При перебудові приймача, тобто зі зміною fc частота гетеродина також змінюється, а проміжна частота залишається незмінною. Отримане напруга проміжної частоти подається на підсилювач проміжної частоти ППЧ, де здійснюється основна посилення і основна вибірковість сигналу.

У порівнянні з приймачами прямого підсилення СДП володіють наступними відмінностями.

З огляду на те, що основне посилення здійснюється на незмінній проміжної частоті, у ППЧ можуть застосовуватися смугові фільтри, що володіють резонансної характеристикою, близькою за формою до прямокутної. Це забезпечує високу вибірковість і рівномірне посилення в смузі пропускання приймача, дозволяє вибирати потрібну смугу пропускання незалежно від частоти прийнятого сигналу; - Завдяки тому, що проміжна частота може бути обрана досить низькою, можна отримати досить високий коефіцієнт посилення ППЧ і приймача в цілому без порушення стійкості його роботи. Практично, чутливість СДП обмежується тільки рівнем зовнішніх перешкод і внутрішніх шумів; - Оскільки основний посилення і вибірковість сигналу здійснюється на незмінній проміжній частоті, якісні показники приймача в цілому стають більш постійними в межах всього діапазону частот, що приймаються. Недоліками СДП є: - Наявність паразитних, тобто додаткових каналів прийому. Основний паразитний канал прийому носить назву дзеркального; - Можливо виникнення так званих комбінаційних свистів; - Гетеродин, як малопотужний генератор, може створювати завади для близько розташованих радіоприймальних пристроїв. При проектуванні СДП всі перераховані недоліки можуть бути усунені, причому їх усунення досягається в основному раціональним вибором величини проміжної частоти і режимом роботи перетворюючого каскаду. Позитивні СДП обумовлює те, що тільки цей тип приймачів здатний забезпечити високу посилення і вибірковість у всіх радіочастотних діапазонах. Тому супергетеродинні метод прийому в даний час вважається основним.