Расчет дальности связи между стационарной и носимой радиостанциями

Размещено на http://www.Allbest.Ru/

РОСЖЕЛДОР

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Ростовский государственный университет путей сообщения

Филиал РГУПС в г. Воронеж

Кафедра: Социально-гуманитарные, естественно-научные и общепрофессиональные дисциплины

Контрольная работа 2

по дисциплине:

Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте

Выполнила: Кужелева Е.С.

Студентка 5 курса

Проверил: Мамедов Г.М.

Воронеж, 2021 год



Задание 1

Для одной из двух заданных в табл. 1.1 технологических сетей станционной радиосвязи (УКВ диапазон 150 МГц) необходимо:

1. Определить высоту установки станционной антенны радиостанции типа РС (радиостанция стационарная) для обеспечения заданной дальности связи с локомотивной радиостанцией типа РВ (радиостанция возимая). Обозначим данный вид связи как РС-РВ.

2. Рассчитать дальность связи РВ-РВ между локомотивами, оборудованными радиостанциями РВ.

3. Рассчитать дальность связи РС-РН между стационарной радиостанцией РС и носимой радиостанцией РН.

4. Рассчитать дальность связи РВ-РН между локомотивной и носимой радиостанциями.

5. Рассчитать дальность связи РН-РН между носимыми радиостанциями.



Исходные данные

Таблица 1.1

Технологическая сеть	Горочная радиосвязь
Дальность связи РС-РВ,	2,8 км
Состав абонентов	дежурный по горке, машинисты горочных локомотивов, горочные составители, регулировщики скорости отцепов
Число и тип радиостанций	РС - от 1 до 2, РВ - от 2 до 4, РН - от 2 до 7.
неэлектрифицированный участок	автономной тягой
Участок дороги	2
Надежность радиосвязи р, %	80
В качестве коаксиального кабеля передающего и приемного фидеров принять	РК - 75-4-11 (коэффициент затухания б = 0,15 дБ/м)
Тип антенны стационарной радиостанции РС	АС-6/2
Коэффициент усиления антенны Gрс, дБ	4
Тип и коэффициент усиления Gрв (указан в круглых скобках) антенны локомотивной радиостанции РВ	АЛ/2 (Gрв = - 0,5 дБ)
Для радиостанции	РН Gрн = - 2 дБ
Характер трассы передвижения работников станции с носимой радиостанцией	трасса закрытая
входное сопротивление приемника R2	R2 = 50 Ом
Значения поправочных коэффициентов Bрн в дБ, учитывающих ухудшение условий передачи информации в каналах с носимыми радиостанциями закрытая трасса канала РН-РН	12
РС-РН	6
Мощность стационарной РС и возимой РВ радиостанций P, Вт	11
длина фидера антенны стационарной радиостанции РС	20 м
высота установки антенны локомотивной радиостанции РВ	5 м
высота установки антенны носимой радиостанции РН	15м
длина фидера антенны локомотивной радиостанции РВ	4 м
длина фидера антенны носимой радиостанции РН	0 м
Мощность носимой радиостанции РН	1 Вт



Решение

1. Расчет высоты антенны стационарной радиостанции РС для дальности связи РС-РВ r= 2,8 км

Определяем расчетное напряжение полезного сигнала на входе приемника (локомотивного) U_2p по формуле

U_2p = U_2min + б₁•l₁ - G₁ + б₂•l₂ - G₂ + B_к + B_л - B_и - B_м - B_r. (1.1)

Наименьшее напряжение полезного сигнала на входе приемника U_2min, при котором обеспечивается заданная разборчивость речи, на не электрифицированных участках должно быть не менее 4 дБ (1,5 мкВ):

U_2min = 4 дБ

Затухание передающего фидера (стационарной радиостанции)

б₁•l₁ = б•l_фс = 0,15*20 = 3 дБ

Затухание приемного фидера (локомотивной радиостанции)

б₂•l₂ = б•l_фв = 0,15*4 = 0,6 дБ

Коэффициент усиления передающей антенны РС:

G₁ = G_pc = 4 дБ

Коэффициент усиления приемной антенны РВ:

G₂ = G_pв = - 0,5 дБ



Коэффициент ослабления поля из-за влияния кузова локомотива:

B_л = 9 дБ

Поправочный коэффициент B_и, учитывающий интерференционные замирания (флюктуации) сигналов, определяем из графика (рис. 1.2) с учетом надежности радиосвязи р = 80% по условиям задачи на электрифицированных участках (линия 2 графика): B_и = 0.

Коэффициент B_м, учитывающий отличие мощности передатчика стационарной радиостанции Р₁ от 8 Вт, принятых при построении зависимостей на рис. 1.1:

B_м = 10•lg(P₁/8) = 10•lg(P_pc/8) = 10•lg(8/8) = 0 дБ

Коэффициент B_r, учитывающий отличие входного сопротивления локомотивного приемника R₂ от 50 Ом, принятых на графиках (рис. 1.1) при определении соотношения между средним значением напряженности поля Е₂ в зоне локомотивной (приемной) антенны и значением напряжения U₂ на входе локомотивного приемника:

B_r = 10•lg(R₂/50) = 10•lg(50/50) = 0 дБ

Подставим полученные цифры в выражение (1.1):

U_2p = 4 + 3 - 4 + 0,6 - (- 0,5) + 0 + 9 - 0 - 0 + 0 = 13,1 дБ

Определяем высоту антенны стационарной радиостанции РС из графиков на рис. 1.1

Для этого на оси ординат откладываем расчетный уровень напряжения полезного сигнала U_2p = 13,1 дБ и проводим горизонтальную линию, а на оси абсцисс откладываем требуемую по условиям задачи дальность связи r = 2,8 км и проводим вертикальную линию. Точка пересечения определяет необходимое произведение высот установки антенн (h₁•h₂) для обеспечения требуемой дальности связи. В нашем случае точка пересечения находится под кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м². Выбираем большее значение h₁•h₂ = 25 м², откуда следует, что высота передающей антенны РС должна быть равна: h₁ = 25/h₂ = 25/h_л = 25/5 = 5 м.

2. Расчет дальности связи между локомотивами, оборудованными радиостанциями РВ, т.е. дальность связи канала РВ-РВ

Эта задача по алгоритму решения противоположна предыдущей задаче. Нам известно произведение высот установки локомотивных антенн (приемной h₂ и передающей h₁): h₁•h₂ = h_л•h_л = 5•5 = 25 м², а, следовательно, нам известна кривая на графике рис. 2, которую мы будем использовать для определения требуемой дальности связи r между локомотивами, для чего нам требуется определить расчетное напряжение полезного сигнала U_2p с использованием выражения 1.1, в котором составляющая B_и = 0 дБ (при вероятности p = 80%).

U_2p = U_2min + б₁•l₁ - G₁ + б₂•l₂ - G₂ + B_к + B_л - B_м - B_r - B_и.

Наименьшее напряжение полезного сигнала на входе приемника U_2min, при котором обеспечивается заданная разборчивость речи, на не электрифицированных должно быть не менее 4 дБ: U_2min = 4 дБ.

Затухание передающего фидера (локомотивной радиостанции)

б₁•l₁ = б•l_фв = 0,15*4 = 0,6 дБ

Затухание приемного фидера (локомотивной радиостанции)

б₂•l₂ = б•l_фв = 0,15*4 = 0,6 дБ

Коэффициент усиления передающей антенны РС:

G₁ = G_pв = - 0,5 дБ

Коэффициент усиления приемной антенны РВ:

G₂ = G_pв = - 0,5 дБ

Коэффициент ослабления поля из-за влияния корпусов локомотивов

B_л = 2•9 = 18 дБ

Коэффициент B_м, учитывающий отличие мощности передатчика локомотивной радиостанции Р₁ от 8 Вт, принятых при построении зависимостей на рис. 3.2:

B_м = 10•lg(P₁/8) = 10•lg(P_pв/8) = 10•lg(8/8) = 0 дБ

Коэффициент B_r, учитывающий отличие входного сопротивления локомотивного приемника R₂ от 50 Ом, принятых на графиках (рис. 1.1) при определении соотношения между средним значением напряженности поля Е₂ в зоне носимой (приемной) антенны и значением напряжения U₂ на входе носимого приемника:

B_r = 10•lg(R₂/50) = 10•lg(50/50) = 0 дБ

Подставим полученные цифры в выражение (1.1):

U_2p = 4 + 0,6 - (-0,5) + 0,6 - (-0,5) +0 + 18 - 0 + 0 = 24,2 дБ

Определяем требуемую дальность связи r между локомотивами, для чего на оси ординат откладываем расчетный уровень напряжения полезного сигнала U_2p = 24,2 дБ и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м². Точка пересечения определяет искомую дальность связи между локомотивами. В нашем случае, опустив из точки пересечения на ось абсцисс перпендикуляр, получим, что дальность связи составит: r = 6 км.

3. Расчет дальности связи между стационарной радиостанцией РС и носимой радиостанцией РН, т.е. дальность связи канала РС-РН

Нам известно произведение высот установки стационарной антенны (передающей) h₁ и носимой (приемной) антенны h₂: h₁•h₂ = h_с•h_н = 5•1,5 = 7,5 м². Так как реальное произведение (h₁•h₂) получилось меньше наименьшего значения 25 м², то последующий расчет дальности производим по кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м², которую мы будем использовать для определения требуемой дальности связи r канала РС-РН.

Определим расчетное напряжение полезного сигнала U_2p на входе носимого приемника с использованием выражения (1.1). При этом следует учитывать низкое расположение антенны РН и, как следствие, значительное экранирующее влияние близкорасположенного подвижного состава, а также влияние тела оператора на параметры излучения антенны носимой радиостанции. Указанный учет произведем путем введения в выражение (1.1) для расчетного напряжения U_2p значения коэффициента усиления для антенны носимой радиостанции G₂ = G_рн = - 2 дБ и поправочного коэффициента В_рс-н = 6 дБ, учитывающего ухудшение условий передачи информации в каналах с носимыми радиостанциями, и В_h, повышающего точность расчета вместо интерполяции положения семейства кривых на рис. 1.1 для малых значений произведения (h₁•h₂).

U_2p = U_2min+ б₁•l₁ - G₁ + б₂•l₂ - G₂ + B_к + B_рс-н - B_и - B_м - B_r + B_h, (1.2)

где B_h = 20lg (25/h₁•h₂) = 20lg(25/7,5) = 20•0,5228 = 10,456 дБ.

Наименьшее напряжение полезного сигнала на входе приемника U_2min, при котором обеспечивается заданная разборчивость речи, на не электрифицированных участках не менее 4 дБ: U_2min = 4 дБ.

Затухание передающего фидера (стационарной радиостанции)

б₁•l₁ = б•l_фс = 0,15*20 = 3 дБ

Затухание приемного фидера (носимой радиостанции)

б₂•l₂ = б₂•l_фн = б₂•0 = 0 дБ.

Коэффициент усиления передающей антенны РС:

G₁ = G_pс = 4 дБ

Коэффициент усиления приемной антенны РН:

G₂ = G_pн = - 0,5 дБ

Поправочный коэффициент B_и, учитывающий интерференционные замирания (флюктуации) сигналов, определяем из графика (рис. 1.2) с учетом надежности радиосвязи р = 80% по условиям задачи на электрифицированных участках (линия 2 графика): B_и = 0.

Коэффициент B_м, учитывающий отличие мощности передатчика стационарной радиостанции Р₁ от 8 Вт, принятых при построении зависимостей на рис. 3.2:

B_м = 10•lg(P₁/8) = 10•lg(P_pс/8) = 10•lg(8/8) = 0 дБ

Коэффициент B_r, учитывающий отличие входного сопротивления носимого приемника R₂ от 50 Ом, принятых на графиках (рис. 1.1) при определении соотношения между средним значением напряженности поля Е₂ в зоне носимой (приемной) антенны и значением напряжения U₂ на входе носимого приемника:

B_r = 10•lg(R₂/50) = 10•lg(50/50) = 0 дБ

Подставим полученные цифры в выражение 1.2:

U_2p =4+3-4+0- (-2)+0+6-0-0+0+10,456 = 21,5 дБ

Определяем требуемую дальность связи r канала РС-РН, для чего на оси ординат откладываем расчетный уровень напряжения полезного сигнала U_2p = 21,5 дБ и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м². Точка пересечения определяет искомую дальность связи. В нашем случае, опустив из точки пересечения на ось абсцисс перпендикуляр, получим, что дальность связи канала РС-РН составит: r = 7,2 км.

кодовый связь станционный локомотивный радиостанция

4. Расчет дальности связи между локомотивной радиостанцией РВ и носимой радиостанцией РН, т.е. дальность связи канала РВ-РН

По аналогии с предыдущей задачей находим значение произведения высот установки локомотивной антенны (передающей) h₁ и носимой (приемной) антенны h₂: h₁•h₂ = h_л•h_н = 5•1,5 = 7,5 м². Так как реальное произведение (h₁•h₂) получилось меньше наименьшего значения 25 м², то последующий расчет дальности производим по кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м², которую мы будем использовать для определения требуемой дальности связи r канала РС-РН.

Определим расчетное напряжение полезного сигнала U_2p на входе носимого приемника с использованием выражения (1.2), вычислив предварительно значение коэффициента B_h и считая составляющую B_и = 0 и B_л = 9 дБ:

U_2p = U_2min + б₁•l₁- G₁+ б₂•l₂- G₂+ B_к+ B_рс-н- B_м- B_r+B_h - B_и + B_л, (1.3)

где B_h = 20lg (25/h₁•h₂) = 20lg(25/7,5) = 20•0,5228 = 10,456 дБ.

Наименьшее напряжение полезного сигнала на входе приемника U_2min, при котором обеспечивается заданная разборчивость речи, на не электрифицированных участках должно быть не менее 4 дБ: U_2min = 4 дБ.

Затухание передающего фидера (локомотивной радиостанции)

б₁•l₁ = б•l_фв = 0,15*4 = 0,6 дБ

Затухание приемного фидера (носимой радиостанции)

б₂•l₂ = б₂•l_фн = б₂•0 = 0 дБ

Коэффициент усиления передающей антенны РВ:

G₁ = G_pв = 0,5 дБ

Коэффициент усиления приемной антенны РН:

G₂ = G_pн = 0 дБ

Коэффициент B_м, учитывающий отличие мощности передатчика локомотивной радиостанции Р₁ от 8 Вт, принятых при построении зависимостей на рис. 3.2:



B_м = 10•lg(P₁/8) = 10•lg(P_pв/8) = 10•lg(8/8) = 0 дБ

Коэффициент B_r, учитывающий отличие входного сопротивления носимого приемника R₂ от 50 Ом, принятых на графиках (рис. 1.1) при определении соотношения между средним значением напряженности поля Е₂ в зоне локомотивной (приемной) антенны и значением напряжения U₂ на входе локомотивного приемника:

B_r = 10•lg(R₂/50) = 10•lg(50/50) = 0 дБ

Подставим полученные цифры в выражение (1.3):

U_2p = 4 + 0,6 - 0,5 + 0 - 0 + 0 - 0 - 0 + 0 + 10,456 + 9 = 23,6 дБ

Определяем требуемую дальность связи r канала РВ-РН, для чего на оси ординат откладываем расчетный уровень напряжения полезного сигнала U_2p = 23,6 дБ и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м². Точка пересечения определяет искомую дальность связи. В нашем случае, опустив из точки пересечения на ось абсцисс перпендикуляр, получим, что дальность связи канала РВ-РН составит: r = 7 км.

5. Расчет дальности связи между носимыми радиостанциями РН, т.е. дальности связи канала РН-РН

По аналогии с предыдущей задачей находим значение произведения высот установки антенны носимой РН (передающей) h₁ и носимой (приемной) антенны h₂: h₁•h₂ = h_н•h_н = 1,5•1,5 = 2,25 м². Так как реальное произведение (h₁•h₂) получилось меньше наименьшего значения 25 м², то последующий расчет дальности производим по кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м², которую мы будем использовать для определения требуемой дальности связи r канала РН-РН.

Определим расчетное напряжение полезного сигнала U_2p на входе носимого приемника с использованием выражения 1.3, вычислив предварительно значение коэффициента B_h и исключив составляющую B_л:

где B_h = 20lg (25/h₁•h₂) = 20lg(25/2,5) = 20•1,046 = 20,92 дБ.

Наименьшее напряжение полезного сигнала на входе приемника U_2min, при котором обеспечивается заданная разборчивость речи, на не электрифицированных участках должно быть не менее 4 дБ: U_2min = 4 дБ.

Затухание передающего фидера (носимой радиостанции)

б₁•l₁ = б•l_фн = 0,15•0 = 0 дБ

Затухание приемного фидера (носимой радиостанции)

б₂•l₂ = б₂•l_фн = б₂•0 = 0 дБ

Коэффициент усиления передающей антенны РН:

G₁ = G_pн = - 2 дБ

Коэффициент усиления приемной антенны РН:

G₂ = G_pн = - 2 дБ

Коэффициент B_м, учитывающий отличие мощности передатчика носимой радиостанции Р₁ от 8 Вт, принятых при построении зависимостей на рис. 1.1:

B_м = 10•lg(P₁/8) = 10•lg(P_pн/8) = 10•lg(1/8) = - 0,9031 дБ

Коэффициент B_r, учитывающий отличие входного сопротивления носимого приемника R₂ от 75 Ом, принятых на графиках (рис. 1.1) при определении соотношения между средним значением напряженности поля Е₂ в зоне локомотивной (приемной) антенны и значением напряжения U₂ на входе локомотивного приемника:

B_r = 10•lg(R₂/75) = 10•lg(50/50) = 0 дБ

Коэффициенты B_и = 0, B_рс-н = 0.

Подставим полученные цифры в выражение (1.3)

U_2p = 4 + 0 - (- 2) + 0 - (- 2) + 0 + 0,9031 +0 + 20,92 - 0 + 0 = 29,8 дБ

Определяем требуемую дальность связи r канала РН-РН, для чего на оси ординат откладываем расчетный уровень напряжения полезного сигнала U_2p = 29,8 дБ и проводим горизонтальную линию до пересечения с кривой, соответствующей произведению h₁•h₂ = 25 м². Точка пересечения определяет искомую дальность связи. В нашем случае, опустив из точки пересечения на ось абсцисс перпендикуляр, получим, что дальность связи канала РВ-РН составит: r = 4,5 км.



Задание 2

По цифровому каналу связи, подверженному воздействию помех, передается одна из двух команд управления в виде восьмиразрядной кодовой комбинации двоичного кода, причем вероятности передачи этих команд по результатам длительных наблюдений соответственно равны и. Из-за наличия помех в канале вероятность правильного приема каждого из символов (0 и 1) уменьшается и составляет (техническая характеристика канала). Предполагается, что символы кодовых комбинаций искажаются независимо друг от друга. На выходе приемного устройства зарегистрирована комбинация. При приеме без ошибок значения соответствующих символов принятой кодовой комбинации должны быть равны значениям соответствующих символов переданной кодовой комбинации, т.е. для всех разрядов i = 8,7.

Требуется определить, какая команда и с какой вероятностью была передана, если известна принятая кодовая комбинация?

Исходные данные:

Команда 2	Команда 1
х7	х6	х5	х4	х3	х2	х1	х0	х7	х6	х5	х4	х3	х2	х1	х0
0	0	0	0	0	1	0	0	1	1	0	1	1	1	1	1



Решение

Вероятность передачи команды 1: рп1 = 0,8.

Вероятность передачи команды 2: рп2 = 0,2.

Вероятность правильного приема каждого символа кодовой комбинации: рс = 0,6.

Определяем значение принятой кодовой комбинации путем представления значения заданного варианта в виде суммы степеней числа 2, начиная с ближайшего меньшего числа: 324 = 256+64+4 = 28 +26+ 22. Степени числа 2 показывают индекс двоичного числа, равного 1:

у8	у7	у6	у5	у4	у3	у2	у1	у0
1	0	1	0	0	0	1	0	0

Таким образом, в качестве события Y нами выбрана в соответствии с вариантом 324 кодовая комбинация 101000100

Рассмотрим гипотезу Н1, что была передана команда 1: 11011111 , исказились 5 разрядов когда вместо 1 передан 0. Вероятность справедливости этой гипотезы Р(Н1) до появления события Y равна: Р(Н1) = рп1 = 0,8.

Определим условную вероятность P(Y/H1) того, что принятая кодовая комбинация есть искаженная гипотетически переданная кодовая комбинация, соответствующая команде 1:

P(Y/H1) = 0,63*0,45 = 0,00221184

Рассмотрим теперь гипотезу Н2, что была передана команда 2:, 00000101 т.е. исказился 1 разряда когда вместо 1 передана 0. Вероятность справедливости этой гипотезы Р(Н2) до появления события Y равна: Р(Н2) = рп2 = 0,2.

Определим условную вероятность P(Y/H2) того, что принятая кодовая комбинация есть искаженная гипотетически переданная кодовая комбинация, соответствующая команде 2:

P(Y/H2) = 0,47*0,61 = 0,0000098304

Используя формулы Байеса, рассчитаем условные вероятности передачи команды 1 - P(H1/Y) и команды 2 - P(H2/Y) после появления события Y.

.

.

.

Сравнивая полученные условные вероятности двух событий, приходим к выводу, что при появлении на выходе кодовой комбинации (101000100) с вероятностью 0,99 была передана команда 1, которой по условию соответствует кодовая комбинация (11011111).



Список использованной литературы

1. Теоретические основы железнодорожной автоматики и телемеханики: Учебник для вузов ж.-д. транспорта / В.В. Сапожников [и др.]; под ред. В.В. Сапожникова. - Москва: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. - 491 c.

2. Техническая эксплуатация устройств и систем железнодорожной автоматики и телемеханики: Учеб. пособие для вузов ж.-д. трансп. / В.В. Сапожников [и др.]; под ред. Вл.В. Сапожникова. - Москва: Издательство "Маршрут", 2003. - 336 c.

3. Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте Часть 1: учебник: в трех частях / Д.В. Шалягин [и др.]; под ред. Д.В. Шалягина. - Москва: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2019. - 424 c.

4. Методическое пособие по организации и проведению производственной практики для обучающихся очной формы обучения образовательных организаций среднего профессионального образования по специальности "Автоматика и телемеханика на транспорте (железнодорожном / Т.В. Цуканова. - Москва: ФГБУ ДПО «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2020. - 96 c.

5. Методические указания для студентов 5 курса специальности «Организация перевозок и управление на транспорте» по дисциплине автоматика, телемеханика и связь на жд. транспорте/ под ред. д.т.н., профессор Горелик А.В., к.т.н. доцент Журавлев И.А., к.т.н., доцент Тарадин Н.А., к.т.н., доцент Неваров П.А. Учебно-методическое пособие РОАТ -2019 г.-226с.

Размещено на allbest.ru

...