Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал военной академии Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого в г. Серпухове

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Помехозащищенный радиоканал управления с разработкой передающего и приемного устройства

Пояснительная записка

ФВАРВ.455026.005кп



СОДЕРЖАНИЕ

Перечень сокращений

Введение

1. Анализ принципов построения цифровых помехозащищенных и приемного устройства

1.1 Особенности цифровых передающего и приемного устройства

1.2 Методы повышения помехозащищенности

2. Обоснование технических характеристик передающего и приёмного цифрового радиоканала управления

2.1 Обоснование энергетических характеристик параметров сигнала

2.2 Оценка энергетической скрытности радиоканала

3. Выбор и обоснование структурной схемы передающего и приемного устройства

4. Выбор и обоснование функциональной схемы передающего и приемного устройства

4.1 Выбор структуры и синтез функциональной схемы устройства расширения спектра

4.2 Синтез функциональной схемы устройства сужения спектра

4.3 Синтез функциональной схемы демодулятора

4.4 Синтез функциональной схемы декодирующего устройства

4.5 Выбор помехоустойчивого кода и синтез функциональной схемы кодирующего устройства

4.6 Синтез функциональной схемы синтезатора частот

4.7 Функциональная схема передающего устройства

4.7 Функциональная схема приемного устройства ( Приложение 2)

Заключение

Список используемой литературы



Перечень сокращений

СЧ _ Синтезатор частот.

УРС _ Устройство расширения спектра.

ПРДУ _ Передающее устройство.

ПРМУ _ Приемное устройство.

ОКП _ Оконечный каскад передатчика.

ЭВМ _ Электронно вычислительная машина.

ВКП _ Входной каскад приемника.

УСС _ Устройство сужения спектра.

ШПС _ Широкополосный сигнал.

СПД _ Система передачи данных.

ГПСП _ Генератор псевдослучайной последовательности.



ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время Ракетные войска стратегического назначения обеспечивают мировую стабильность. С вводом в эксплуатацию новых ракетных комплексов с унифицированными твердотопливными баллистическими ракетами существенно возрастает эффективность РВСН.

Важнейшая роль в поддержании боевой готовности РВСН принадлежит каналам радиосвязи. Каналом радиосвязи называют совокупность технических средств, среды распространения, в которой сигналы, отображающие передаваемую информацию, распространяются от ее источника к ее получателю.

Боевые приемники и передатчики должны удовлетворять высоким требованиям качества связи для своевременной, качественной, помехозащищенной, скрытной, достоверной передачи информации, распоряжений, приказов, команд.

В проделанной работе спроектирован помехозащищенный радиоканал управления. При использовании исходных данных спроектировано передающее и приемное устройства позволяющие, обеспечить энергетическую скрытность. А это, в свою очередь гарантирует :

- доведение информации до получателя;

- скрыть факт передачи информации от противника.



Анализ принципов построения цифровых помехозащищенных приемных и передающих устройств

1.1 Особенности цифровых приемных и передающих устройств

Тенденцией развития телекоммуникаций во всем мире является цифровизация сетей связи, предусматривающая построение сети на базе цифровых методов передачи коммутации. Это объясняется следующими существенными преимуществами цифровых методов передачи перед аналоговыми.

Помехоустойчивость. Представление информации в цифровой форме позволяет осуществлять регенерацию (восстановление) этих символов при передаче их по линии связи, что резко снижает влияние помех и искажений на качество передачи информации.

Устойчивость параметров каналов ЦСП. Стабильность и идентичность параметров каналов (остаточного затухания, частотной и амплитудной характеристик и др.) определяются в основном устройствами обработки сигналов в аналоговой форме. Поскольку такие устройства составляют незначительную часть оборудования ЦСП, стабильность параметров каналов в таких системах значительно выше, чем в аналоговых. Этому также способствует отсутствие в ЦСП влияния загрузки системы на параметры отдельных каналов.

Зависимость качества передачи от длины линии связи. В пределах каждого регенерационного участка искажения передаваемых сигналов оказываются ничтожными. Длина регенерационного участка и оборудование регенератора при передаче сигналов на большие расстояния остаются практически такими же, как и в случае передачи на малые расстояния. Так, при увеличении длины линии в 100 раз для сохранения неизменным качество передачи информации достаточно уменьшить длину регенерационного участка лишь на несколько процентов.

Использование пропускной способности каналов для передачи дискретных сигналов более эффективно. При вводе дискретных сигналов непосредственно в групповой тракт ЦСП скорость их передачи может приближаться к скорости передачи группового сигнала.

Высокие технико-экономические показатели. Передача и коммутация сигналов в цифровой форме позволяют реализовывать оборудование на единых аппаратных платформах. Это позволяет резко снижать трудоемкость изготовления оборудования, значительно снижать его стоимость, потребляемую энергию и габариты. Кроме того, существенно упрощается эксплуатация систем и повышается их надежность.

Возможность построения цифровой сети связи. Цифровые системы передачи в сочетании с цифровыми системами коммутации являются основой цифровой сети связи, в которой передача, транзит и коммутация сигналов осуществляются в цифровой форме. При этом параметры каналов практически не зависят от структуры сети, что обеспечивает возможность построения гибкой разветвленной сети, обладающей высокими надёжностными и качественными показателями.

1.2 Методы повышения помехозащищенности

цифровой сигнал передающий приемный

В основах всех способов повышения помехоустойчивости информационных систем лежит использование определенных различий между полезным сигналом и помехой.

В настоящее время известно большое число способов повышения помехоустойчивости систем. Приведём примеры некоторых способов:

Первым способом повышения помехоустойчивости передачи данных является либо увеличением мощности передаваемого сигнала, для чего увеличивают мощность излучения радиопередающего устройства, либо увеличивают длительность элемента сигнала за счет снижения скорости передачи данных.

Известен способ повышения помехоустойчивости передачи данных с использованием методов разнесенного приема (пространственное разнесение (антенн), частотное разнесение (несущих сигнала), разнесение по времени - повторная передача элементов или фрагментов сигнала).

Общим для всех методов разнесения является то, что принимают не один сигнал, смешанный с помехой, а несколько «образцов» этого сигнала с различными реализациями помехи, причем, чем больше образцов сигнала или ветвей разнесения, тем больше возможность для статистического различения переданных сигналов путем анализа принятых образцов, что и обеспечивает повышение помехоустойчивости при разнесенном приеме.

Для реализации методов разнесения требуется либо увеличивать количество радиооборудования и площади для его размещения (пространственное разнесение), либо увеличивать полосу частот, занимаемую сигналом (частотное разнесение), либо снижать пропускную способность радиолинии (разнесение по времени).

2. Так же известен второй способ повышения помехоустойчивости передачи данных путем помехоустойчивого кодирования, который основан на том, что в передаваемые данные (последовательность двоичных символов) вводят избыточные символы, с помощью которых в зависимости от величины избыточности производят либо обнаружение ошибок в принимаемом сигнале, появляющиеся в условиях воздействия помех, либо обнаружение и исправление ошибок.

Любой корректирующий код не увеличивает количества информации, содержащейся в принятом сигнале, а только позволяет «очистить» ее от ошибочно принятых символов ценой снижения пропускной способности радиолинии .

3. Третий способ повышения помехоустойчивости передачи данных за счет использования помехоустойчивых видов радиосигналов, например, широкополосных сигналов и сигналов с программной перестройкой рабочих частот.

При использовании широкополосных сигналов последовательно выполняют операции расширения и сжатия спектра информационного (полезного) сигнала. Излучаемый сигнал формируют с помощью какого-либо метода широкополосной модуляции, например, фазовая модуляция псевдослучайной последовательности, сжатие спектра на приемной стороне производя путем его корреляционной обработки совпадающим по форме опорным сигналом



2. Обоснование технических характеристик передающего и приемного цифрового радиоканала управления

Для лучшего обоснования технических характеристик приемного и передающего устройства Я проведу расчеты на основе полученных мною исходных данных.

Исходные данные:

диапазон работы ДЦВ;

манипуляция фазовая Д?=р;

максимальная дальность действия Dмакс=450 км;

удельная проводимость почвы в районе передачи уз=0,01;

допустимая вероятность ошибки элементарного символа на выходе оптимального приемника Рош=0,01;

допустимая вероятность ошибки символа сообщения (кодовой комбинации) на выходе декодирующего устройства приемника РКУ Рош.к=0,001;

объём алфавита источника сообщения Vалф=65;

вид помехоустойчивого кода (ВК)-Цикл;

вид псевдослучайной последовательности (ПСП) расширяющей спектр сигнала и объём ПСП - ПГ\11;

скорость передачи информации Rи=1100 бит/сек;

коэффициент усиления антенн РКУ Gпрд=Gпрм=5;

коэффициент усиления антенн передатчика помех Gпрд.п=3 и разведприемникаGпрд.р= 3;

допустимая дальность до разведприемника Dр=960 км;

допустимая дальность до передатчика помех имеющего мощность Рпрд.п=50 кВт , составляет Dпрд.п=100 км;

количество несущих частот Nf=7;

Решение задачи:

Выбор типа сигнала.

Выберем сложные сигналы (ФМн)

2. Обоснование неэнергетических параметров сигнала.

Выбор базы сигнала

Длительность информационного символа

(2.1)

База сигнала.

(2.2)

где f0 - частота несущей (f0=)

Условие технической реализации ПСП

(2.3)

где n - число регистров в генераторе ПСП

Находим: n=11, Вс=2047.

Определим длительность элементарного символа (элемента ПСП):

мкс (2.4)

Определим полосу частот , занимаемую сигналом:

МГц (2.5)



Проверим, не входит ли спектр сигнала за пределы частотного диапазона (300…3000 МГц):

МГц (2.6)

Отсюда f0=9 ГГц.

Длина волны

м. (2.7)

2.1 Обоснование энергетических характеристик параметров сигнала

Определим необходимую мощность передатчика радиоканала для обеспечения требуемой помехоустойчивости из условия

(2.8)

где, считая антенну приемника ненаправленной, т.е. Gпрм п= Gпрм;

q0 - отношение сигнал-помеха на выходе оптимального фильтра;

П0,Пп - потери электромагнитной энергии при распространении соответственно в направлениях ПРД>ПРМ и ПРДП>ПРМ.

(2.9)

(2.10)

(2.11)

Пп= , П0=.

Требуемое значение q0находим из условия:

(2.12)

для Pош=имеем q0=.

Определим коэффициент подавления :

(2.13)

2.2 Оценка энергетической скрытности радиоканала

Условие энергетической скрытности

(2.14)

где =0,36 ,

Gпрд р- коэффициент усиления антенны ПРДУ РКУ в направлении ПРМ разведки;

v02=vр2 - спектральная плотность мощности шума на входе ПРМ РКУ и ПРМ разведки;

Пп=, П0=.

qp=0,0002 , т.е.qp<1 , , что означает отличную энергетическую скрытность РКУ при его радиоразведке на расстоянии Dp= 960 км, за счет большой базы сигнала.



3. Выбор и обоснование структурной схемы передающего и приемного устройства

3.1 Структурная схема передающего устройства

Передающее устройство (рисунок 1) системы боевого управления обязательно должна включать в себя следующие элементы (см. приложение А):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Структурная схема передающего устройства

Источник сообщения (ИС), где формируется информационная часть сообщения, которая под воздействием оператора передается в кодер канала;

кодер, предназначен для введения избыточности, каждому информационному блоку, ставит в однозначное соответствие избыточную кодовую комбинацию;

модулятор, определяющий вид модуляции, в нем происходит наложение первичного электрического сигнала на несущий сигнал;

устройство расширения спектра (УРС), предназначено для увеличения избыточности, что приводит к расширению спектра сигнала, повышению помехоустойчивости и повышению скрытности;

система управления и синхронизации, которая обеспечивает временное согласование работы структурных элементов системы передачи данных на передающей стороне;

синтезатор частот (СЧ), формирует высокостабильный гармонический сигнал требуемой частоты, состоит из кварцевого автогенератора, вырабатывающего колебание заданной частоты и нелинейного преобразователя частоты;

оконечные каскады передатчика (ОКП), нагрузкой которых является передающая антенна WA1, и предназначенные для последующего усиления радиосигнала по мощности.

3.2 Структурная схема приемного устройства

Приемное устройство предназначено для:

- преобразования электромагнитного поля сигнала (помех) в электрический сигнал и обеспечения пространственной и поляризационной избирательности полезного радиосигнала с помощью приемной антенны;

- выделения полезных радиосигналов из совокупности других (мешающих) сигналов и помех, действующих на выходе приемной антенны и не совпадающих по частоте с полезным сигналом (фильтрация по частоте);

- усиления принимаемых сигналов с целью обеспечения качественной работы демодулятора, декодера, схем защиты приемника от помех и обратного электрофизического преобразования информации в решающих или исполнительных устройствах;

- демодуляции принятого сигнала с целью выделения информации (модулирующей функции), содержащейся в полезном радиосигнале;

- обработки принимаемых сигналов с целью ослабления мешающего воздействия помех искусственного и естественного происхождения.

Приемная сторона (рисунок 2) системы боевого управления обязательно должна включать в себя следующие элементы (см. приложение В):

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 - Структурная схема приемного устройства

приемная антенна WA2, которая преобразует энергию электромагнитного поля в токи высокой частоты;

входные каскады радиоприёмника (ВКП), осуществляют усиление полученного радиосигнала по мощности и предварительную частотную избирательность;

устройство свертки спектра (УСС), осуществляет свертку принятого сигнала с расширенным спектром;

генератор сетки частоты, формирующий высокостабильные гармонические колебания, обеспечивающий работу приемного тракта;

система управления и синхронизации, которая обеспечивает временное согласование работы структурных элементов системы передачи данных на приемной стороне;

демодулятор, обеспечивающий демодуляцию сигнала установленного вида радиосвязи, выносит решение о принятом двоичном символе;

декодер, обеспечивающий обнаружение и исправление ошибок;

получатель сообщения (ПС) непосредственно выдает полученное сообщение оператору.

4. Выбор и обоснование функциональной схемы ПРДУ и ПРМУ

4.1 Выбор структуры ГПСП и синтез функциональной схемы УРС

Устройство расширения спектра (УРС) может стоять в СПД как перед модулятором так и после него (рисунок 3)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 3 - Структурная схема устройства расширения спектра

Устройство расширения спектра состоит из двух генераторов последовательности Голда (см. приложение А) которые включают в себя по две М-последовательности каждый.

М-последовательность это псевдослучайная двоичная последовательность, порождённая регистром сдвига с линейной обратной связью.

М-последовательности применяются в широкополосных системах связи.

Исходя из этой информации следует, что пару генераторов М-последовательности образуют один генератор последовательности Голда. Данное разработанное устройство расширения спектра основано на работе двух генераторов последовательности Голда, соответственно на выходе устройства расширения спектра образуются последовательность двоичных символов



4.2 Синтез структурной схемы УСС

Функциональная схема устройства свёртки спектра (УСС), основана на использовании на приемной стороне генераторов последовательности Голда «0» и «1», которые используются на передающей стороне (рисунок 4). Сигнал поступает на элемент умножения, где происходит умножение полученного сигнала с сигналом генерируемым в генераторах последовательности Голда, далее поступает на интегратор и в конечном итоге поступает на устройство сравнения и выбора, где сравниваются два сигнала и выносится решение о выборе 0 или 1 после прихода всего сигнала:

(4.1)

Рисунок 4 - Структурная схема устройства сужения спектра

4.3 Синтез функциональной схемы демодулятора

Функциональная схема демодулятора, основана на принципе сравнения полярностей (рисунок 5). Данный метод обеспечивает когерентный прием. Схема состоит из двух частей: входного каскада приемника и демодулятора. Принимаемый сигнал сначала усиливается, а затем поступает на сам демодулятор. Фильтр средних частот выделяет нужную полосу частот, а затем поступает на фазовый детектор и на линию задержки для задержки цифровых сигналов во времени на заданное число тактов, а уже после линии задержки снова поступает на фазовый детектор. Затем сигнал поступает на устройство вывода, а после на устройство свертки спектра.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 5 - Структурная схема демодулятора

Структурная схема демодулятора включает:

входной каскад приемника (ВКП),предназначен для передачи полезного сигнала на демодулятор;

фазовый детектор (ФД), предназначен для сравнения фазы двух входных сигналов равных или близких частот;

линия задержки (ЛЗ), предназначен для задержки электрических и электромагнитных сигналов на заданный промежуток времени;

устройство вывода (УВ), предназначен для ввода данных или сигналов в электронное устройство во время его работы.

4.4 Синтез функциональной схемы декодирующего устройства

Методы декодирования кодов классифицируют по исправляющей способности декодеров и сложности декодирования, в первую очередь времени декодирования. Функциональная схема декодирующего устройства основана на пороговом декодировании. Пороговое декодирование, использует проверочные матрицы, по которым определяется синдром ошибки в принятой кодовой комбинации.

Задача декодирующего устройства (рисунок 6), в этом случае состоит в том, чтобы выполнить операцию деления принятой кодовой комбинации на образующий полином.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 6 - Структурная схема декодера

Число ошибок , которое исправляет код при таком декодировании, определяется выражением

Величина является пороговым числом, на которое настроен алгоритм порогового декодирования.

Принцип работы такого декодера следующий:

Искаженная помехами принятая кодовая комбинация поступает на вход вычислителя синдрома, который осуществляет деление и в запоминающее устройство. Если остаток от деления , то принимается решение о правильном приеме кодовой комбинации, хотя при этом может быть и кажущийся правильный прием (необнаруженная ошибка или трансформация сообщения). Частное от деления в этом случае является информационным вектором (сообщением).

Если , то принимается решение о наличии (обнаружении) ошибки.

4.5 Выбор помехоустойчивого кода и синтез структурной схемы кодирующего устройства

Задан тип корректирующего кода: Циклический код.

При некоторых значениях длины n полиномиальные коды обладают свойством цикличности. Это значит, что циклическая перестановка символов одной кодовой комбинации (например, сдвиг вправо) вновь приводит к кодовой комбинации, принадлежащей этому же коду [21, 22].

Цикл имеет длину , т.е. если , то и длина цикла .

Пример 1. Возьмем тот же образующий полином и построим циклический код (n=7, k=4). Для этого запишем:

,

где , , , , , , .

Полученное выражение для является аналитической основой для построения всех разрешенных кодовых комбинаций блочного двоичного циклического кода, у которого . Кодовые комбинации представлены в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Разрешенные кодовые комбинации кода (7, 4)

Информационный вектор	Кодовые комбинации кода
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
1	0	0	0	1	1	0	1	0	0	0
0	1	0	0	0	1	1	0	1	0	0
0	0	1	0	0	0	1	1	0	1	0
0	0	0	1	0	0	0	1	1	0	1
1	1	0	0	1	0	1	1	1	0	0
0	1	1	0	0	1	0	1	1	1	0
0	0	1	1	0	0	1	0	1	1	1
1	0	0	1	1	0	0	1	0	1	1
1	1	1	0	1	0	0	0	1	1	0
0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	1
0	1	0	1	0	1	1	1	0	0	1
1	0	1	0	1	1	1	0	0	1	0
1	0	1	1	1	1	1	1	1	1	1
0	1	1	1	0	1	0	0	0	1	1
1	1	1	1	1	0	0	1	0	1	1

минимальное кодовое расстояние , это легко определить, сравнивая вес всех кодовых комбинаций (число единиц) относительно нулевой комбинации, или число нулей в кодовых комбинациях относительно единичной комбинации;

полученный код является циклическим, так как циклический сдвиг второй кодовой комбинации

1101000

0110100

0011010

0001101

позволяет получить новые кодовых комбинаций, а циклический сдвиг шестой кодовой комбинации

1011100

0101110

0010111

1001011

позволяет получить новые комбинаций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 7 - Структурная схема кодера.

4.6 Синтез структурной схемы синтезатора частот

К техническим характеристикам современных телекоммуникационных устройств предъявляются жесткие требования. Быстрое развитие цифровой техники привело к необходимости обеспечения широкой полосы рабочих частот и высокой стабильности частоты. Для удовлетворения этих возросших требований было разработано целое семейство устройств. Разработаны методы, обеспечивающие получение многих частот из одной опорной, обладающей требуемой стабильностью и точностью установки. Устройства, которые решают данные задачи, получили название цифровых синтезаторов частот.

В цифровых синтезаторах частоты используется принцип обратной связи. Такой метод известен под названием фазовой синхронизации. Анализ систем косвенного синтеза основывается на рассмотрении устойчивости и области захвата частоты петли ФАПЧ вместо исследования побочных составляющих выходного колебания. При использовании этого метода широко применяются генератор управляемого напряжения , программируемые делители частоты и фазовые дискриминаторы.

Цифровой синтезатор частоты представляет собой систему фазовой автоподстройки частоты ( рисунок 8).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 8 - Структурная схема синтезатора частот.



Заключение

В ходе данного курсового проекта было разработано передающее и приемное устройства непрерывного излучения для помехозащищенного цифрового радиоканала управления. Было создано кодирующее устройство на основе циклического кода, а так же разработано устройство расширения спектра на основе двух генераторов последовательности Голда. Согласно исходным данным были произведены расчёты и обоснование энергетических и неэнергетических характеристик сигнала и радиоканала. Исходя из полученных данных, для уменьшения затрат мощности, увеличение оперативности, уменьшения времени доведения сообщения, передавать в другом диапазоне длин волн.



Список используемой литературы

Чайков С.С. Радиосистемы боевого управления. Учебно- методическое пособие по курсовому проектированию . Серпухов, 2012.

Цымбал, В.П. Задачник по теории информации и кодированию. - Издательское объединение «Ваша школа», 1976. - 276 с.

Галкин, В.А. Цифровая мобильная радиосвязь. Учебное пособие для вузов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 432 с.

Зеленевский В.В. Каналы связи в АСУ. - 2005. -356 с.

Зеленевский В.В., Зинкин А.А., Ржаных А.В.- Основы теории кодирования в системах боевого управления. Практикум.

Дэвис Дж., Карр Дж. Дж. Карманный справочник радиоинженера / Пер. с англ. - 4-е изд., стер. - М.: Издательский дом «Додека-ХХ1», 2007. - 544 с.: ил.

Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с.: ил.

Поставной В.И. Теория передачи сигналов: Учебник для ВВЗов. - МО, 1993.-212 с.: ил.

Палий А.И. Радиоэлектронная борьба / 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Воениздат, 1989. - 350 с.: ил.

Куприянов А.И., Сахаров А.В. Теоретические основы РЭБ: Учеб, пособие. - М.: Вузовская книга, 2007. - 356 с.: ил.

Зеленевский В.В. Каналы связи в автоматизированных системах управления: Учебник для вузов РВ СН. - МО РФ, 2005. - 438 с.

Зеленевский В.В., Саликов А.Г. Проектирование цифровых радиоприемных систем, часть 1. Прием широкополосных сигналов - Серпухов, 1994. - 94 с.

13. Кулешов В.Н., Удалов Н.Н. Генерирование колебаний и формирование радиосигналов.

14. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств :Учебник для ВУЗ-ов.-Москва. 2005-70с.

Размещено на Allbest.ru

...