Основные термины, определения и классификация радиотехнических систем
1 основные термины, определения и классификация радиотехнических систем
1.1 Основные термины и определения
Метрологическое обеспечение (МО) – деятельность метрологических и других служб, направленная на создание (в стране) необходимых эталонных образцов и рабочих средств измерений, на правильный их выбор и применение, на разработку и применение метрологических правил и норм, которые необходимы для обеспечения требуемого качества измерений (на рабочем месте, предприятии, отрасли и в народном хозяйстве в целом).
Различают глобальное МО, осуществляемое в рамках страны, и локальное, осуществляемое в рамках предприятия, отрасли, группы однородной продукции (например, телекоммуникационных устройств, радиотехнических систем и т.п.).
Локальное МО представляет собой совокупность видов деятельности, направленных на обеспечение единства измерений и испытаний с требуемой точностью и достоверного применения к конкретному типу продукции (системы, процесса и т.п.). В частности, локальное МО включает: 1) выбор и обоснование системы показателей и свойств продукции и условий ее использования по назначению; 2) выбор и обоснование методов и средств измерений этих показателей (при необходимости – разработку специальных средств измерений), а также разработку методик выполнения измерений, контроля и испытаний; 3) разработку методик поверки, калибровки и метрологической аттестации СИ; 4) разработку подсистем диагностики, контроля, обнаружения неисправностей и ремонт (восстановление) как самой продукции, так и специализированных средств измерений (испытаний) и др.
Задачи, решаемые в ходе МО, удобно разделить на два класса: синтез и анализ. При синтезе определяются оптимальные значения каких-либо характеристик. Например, число и вид измеряемых показателей целесообразно минимизировать с учетом их коррекции и стабильности. Предельно допускаемая погрешность результатов измерений Δ∑Д оптимизируется путем построения так называемой целевой функции потерь FЦ(Δ∑g) и ее минимизации
FЦ(Δ∑Д) = FП(Δ∑Д) + FЗ(Δξg) → min,
где FЦ(Δ∑g) – функция потерь от снижения качества продукции вследствие погрешности измерений Δ∑Д, а FЗ(Δ∑Д) – функция затрат на приобретение (разработку) и обслуживание СИ, обеспечивающих такую Δ∑Д. Очевидно, Δ∑Д → Δ∑Д ОПТ при dFЦ/dΔ∑Д → 0: d2 FЦ/dΔ2∑Д > 0.
Рекомендуемые материалы
При анализе – производится оценка соответствия измеряемых показателей их оптимальным значениям.
Можно выделить три составляющие МО:
- организационная;
- научно-методическая;
– техническая – средства измерений.
 |
Средство измерений (СИ) – техническое средство (или их комплекс), предназначенное для измерений, имеющее нормированные метрологические характеристики, воспроизводящее и (или) хранящее единицу физической величины, размер которой считается неизменным в пределах установленной погрешности в течении известного интервала времени.
Информационно-измерительная система (ИИС по ГОСТ 8.437-81) – совокупность измерительных, вычислительных и вспомогательных технических средств, предназначенных для получения измерительной информации, ее преобразования и обработки с целью предоставления потребителю, управления и классификации (контроль, диагностика, обнаружение и распознавание).
Измерительный канал (по МИ 1999-89) – функционально объединённая линиями связи совокупность компонентов ИИС, по которой проходит один преобразуемый сигнал измерительной информации.
Измерительная система (ИС по МИ 2438-97 и МРБ 001-2002) – совокупность определенным образом соединенных между собой СИ и других технических средств (компонентов ИС), образующих измерительные каналы и реализующих процесс измерения, которые обеспечивают автоматическое и автоматизированное получение результатов измерений в виде числа или кода изменяющихся во времени и распределенных в пространстве физических величин, характеризующих определенные свойства или состояния объекта измерения.
ИС и измерительные каналы могут быть как автономными, так и входить в состав более сложных систем контроля, диагностики, распознавания образов и других информационно-измерительных систем, а также автоматических систем контроля технологическими процессами.
Радиотехническая система (РТС) – совокупность технических средств, которые выполняют свои основные функции с помощью электромагнитных колебаний.
Всю совокупность РТС делят на 2 класса:
- информационные РТС;
- неинформационные РТС.
Информационные РТС выполняют свои функции, которые связаны с передачей и/или приемом различной информации с помощью электромагнитных колебаний.
Неинформационные РТС (энергетические) используются только для создания высокочастотной энергии, а не для передачи или приема информации. Примером могут служить СВЧ – установки для сушки древесины, зерна, технологические установки (индукционный нагрев) и т.п.
1.2 Классификация информационных РТС
Информационные РТС классифицируются по следующим признакам:
- сложность;
- назначение;
- область применения;
- информационные особенности;
- показатели качества.
1) По сложности различают:
· Большая РТС – это совокупность нескольких простых РТС, которые выполняют комплексную (сложную) задачу (общегосударственная система связи, ПВО страны, система контроля над траекториями движения искусственных спутников земли).
· Простая РТС – это система, которая выполняет одну функцию, но при этом состоит из нескольких пространственно разнесенных частей, которые называются радиоприборами или радиоаппаратами.
· Радиоприбор выполняет одну функцию и является конструктивно и эксплуатационно автономным (радиовещательный приемник).
· Радиоустройство – это часть радиоприбора, которая конструктивно автономна и выполняет ограниченную функцию.
· Радиоблок – это часть радиоустройства, которая конструктивно и технологически автономна.
2) По назначению различают РТС для:
- передачи информации;
- извлечения информации;
- разрушения информации;
- комбинированные информационные;
- управления.
РТС для передачи информации (РТСПИ) или СПИ предполагает передачу сообщения и его прием. При этом под сообщением понимается совокупность каких-либо сведений об объекте, представленная в виде символов, знаков, звуков, подвижных и неподвижных изображений, и в другой форме.
В большинстве случаев сведения (сообщения) о состоянии объектов имеют неэлектрическую природу и неудобны для передачи на большие расстояния и за короткое время, что характерно для электрических сигналов. Потому в состав СПИ обязательно входят первичные преобразователи сообщений (ППС) или электрофизические преобразователи. Аналогично для ИИС вводят первичный измерительный преобразователь. Он преобразует измеряемую величину в сигнал измерительной информации, который удобен для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации или передачи и имеет нормированные метрологические характеристики. В тех случаях, когда получателю нужно принять сообщение также неэлектрической природы, на приёмной стороне применяют обратный первичный преобразователь. Таким образом, прямой ППС преобразует сообщение в первичный электрический сигнал, обратный ППС- первичный электрический сигнал в сообщение. Далее первичный электрический сигнал может претерпевать различные электрические преобразования: кодирование (из аналоговой формы в цифровую с устранением избыточности, помехокоррекцией и т.п.),уплотнение, модуляцию несущей (несущих) частот, преобразование частоты, формы и т.п. Передача может происходить по проводной (металлический или оптический кабель) или беспроводной (радио или оптической) линии связи.
Например, структурная схема передающего устройства приведена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 – Структурная схема передающего устройства
Передающее устройство осуществляет следующие преобразования:
Источник сообщения→Прямой ППС→Кодер (U в F(U))→Устройство объединения →Преобразователь частоты→Модулятор (U1 в F(U1)) →Антенна либо проводная ЛС.
На приемной стороне преобразования идут в зеркальном порядке.
Система передачи может быть односторонняя (симплексная) или двусторонняя (дуплексная), или комбинированная (полудуплексная). Практически все системы вещания работают в режиме «точка – много точек» по циркулярному принципу. Во всех односторонних циркулярных системах необходимо предусмотреть измерительные системы контроля, диагностики и управления. В двусторонних системах (например, телефонной связи) сделать это легче, так как посланный сигнал приходит обратно и его, если он искажен, можно подправить.
Для повышения надёжности и качества передачи в условиях изменения обстановки в состав РТСПИ вводят дополнительные системы:
контроля (диагностики), управления (ручного или автоматического) и измерения. В этих системах используются специальные системные электрические сигналы известного вида на передаче. По искажениям этих измерительных сигналов на приёмной стороне осуществляются корректирующие действия.
· РТС извлечения информации (РТСИИ) имеют несколько типов: пассивные, активные и полуактивные.
Пассивные строятся по схеме, приведенной на рисунке 1.2.
Рисунок 1.2 – Пассивная РТС извлечения информации
Объект сообщения - источник естественного электромагнитного излучения в рентгеновском, оптическом и радиодиапазоне длин волн.
Активные строятся по схеме, приведенной на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 – Активная РТС извлечения информации
Отличаются тем, что состоят из двух компонентов. Передающее устройство работает взаимосвязано с приёмным устройством и формирует специальный зондирующий сигнал (сигнал “подсветки” объекта).
Полуактивные. Отличаются от активных тем, что радиопередающие и радиоприемные устройства разнесены на значительное расстояние. Полуактивные РТС строятся по схеме, приведенной на рисунке 1.4.
· РТС разрушения информации предназначены для создания помех РСТПИ и РТСИИ. Они разделяются:
- РТС для подавления информации, создаваемой источником сообщения (рисунок 1.5);
- РТС для создания дезинформирующего сигнала (рисунок 1.6).
· Комбинированные РТС необходимы для передачи и извлечения информации. Например, центр управления полётами (ЦУП) и несколько РТС для слежения за искусственными спутниками Земли (ИСЗ), разнесённые в пространстве и связанные через РТСПИ.
Рисунок 1.4 – Полуактивная РТС извлечения информации
Рисунок 1.5 – Схема РТС для подавления информации, создаваемой источником
сообщения
Рисунок 1.6 – Схема РТС для создания дезинформирующего сигнала
· РТС управления – это сочетание системы извлечения информации и двусторонней передачи информации. Здесь приходится работать с несколькими объектами. Например, РТС управления для ПВО, приведенная на рисунке 1.7.
 |
Рисунок 1.7 – Схема РТС управления для ПВО
Местоположение цели определяется с помощью радиолокационной станции (РЛС) 1, местоположение ракеты - с помощью РЛС2, результаты измерения вводят в блок управления, который с помощью радиопередающего устройства корректирует движение ракеты (наводит на цель).
3) По области применения применяют следующую классификацию:
· РТС передачи информации делятся на:
Системы радиосвязи. Их различают по количеству объектов: «точка – точка» (типичная схема обмена звуковой информацией), «точка – много точек» (используется в командных системах), «много точек – много точек» (сотовая связь). По взаимному расположению субъектов связи: системы фиксированной радиосвязи (например, радиорелейная связь, спутниковая связь) и системы подвижной радиосвязи (морская, авиационная, наземная сотовая, спутниковая).
Системы радиовещания – это пример передачи информации по принципу «точка – много точек». В настоящее время радиовещание в основном аналоговое и покрывает диапазон длинных волн (ДВ, λ ≈ единицы км), средних (СВ, λ≈ сотни м), коротких (КВ, λ ≈ 20 ¸ 70 м), ультракоротких (УКВ или ФМ, λ ≈ 3 м),дециметровых (ДЦВ, λ = 100 ¸ 30 см) волн. Здесь λ = с/f, с = 3·108 м/с – скорость света, f – частота.
Тенденцией является переход к цифровому вещанию, так как аналоговое вещание плохо принимается в городах с многоэтажной застройкой и на подвижных объектах (DVB- цифровое видео вещание, DAV- цифровое аудио вещание).
в) Системы передачи изображения. Они делятся на вещательные и прикладные (невещательные).
г) Системы радиотелеметрии. Они относятся к системам передачи информации, хотя могут быть, и отнесены к информационно-измерительным системам. Их включают в класс РТС передачи информации, т.к. там основные проблемы связаны именно с передачей на большие расстояния измерительной информации.
· РТС извлечения информации по применению делятся на:
Радиолокационные системы – это РТС, предназначенные для обнаружения, распознавания и определения координат и параметров движения (разрешения) различных движущихся и неподвижных объектов.
Обнаружение – это процедура принятия решения о наличии или отсутствии объектов в заданной области пространства.
Распознавание – это процедура установления принадлежности объекта к определенному классу (напрмер, свой – чужой).
Разрешение – это процедура обнаружения и измерения координат при наличии в исследуемом пространстве других объектов.
Радионавигационные системы. Они предназначены для определения местоположения движущихся объектов и обеспечения заданных траекторий движения с помощью радиосредств, расположенных на этих же движущихся объектах. Различают два типа радионавигационных систем:
Автономные – независимые, обеспечивающие сами себя. Это комбинация радиопередающих и радиоприемных устройств, расположенных на одном объекте. Автономная радионавигационная система представляет собой форму активной РТСИИ, которая работает по отражению от земной поверхности.
Неавтономная РНС представляет собой радиоприемное устройство с направленной антенной, работающее совместно с радиомаяками. Радиомаяк – это передающее устройство, расположенное в известной точке (с известными координатами, РНТ - радионавигационная точка) с известными параметрами передаваемого радиосигнала.
Радиометеорологические системы – это системы, предназначенные для сбора информации о состоянии погоды в различных местах земного шара с помощью радиосредств (например, радиозондов), представляют собой комбинированные РТС: РТСИИ+РТСПИ.
Система радиоастрономии – это система получения информации о космических объектах с помощью радиосредств. Используются различные диапазоны электромагнитных колебаний для работы этих средств.
Система радиоразведки – это система, предназначенная для получения данных о радиосредствах противника, а именно для определения расположения и направления движения радиосредств (объекта); анализа и измерения их параметров.
Система радиоизмерений – это система, предназначенная для измерения одной из двух групп характеристик: измерение радиотехнических параметров сигналов (пассивная радиоизмерительная система) либо измерение характеристик отдельных блоков и устройств РТС (активная радиоизмерительная система).
4) По информационным признакам источника сообщения РТС классифицируют следующим образом:
– по числу состояний источника сообщений: может быть дискретное (счетное) или непрерывное (несчетное) число состояний (очевидно, после ППС имеем дискретный или аналоговый электрический сигнал);
Рекомендация для Вас - Принципы и типология европейского Просвещения.
Состояние источника может изменяться по времени и по местоположению:
– по изменению во времени источника сообщений: может быть независимое или зависимое от времени состояние;
– по зависимости источника сообщения от пространственных координат: может зависеть от одной, двух либо трех координат (например, одноточечный подвижный в пространстве);
– по пространственно-временной зависимости источника сообщений могут быть одноточечные или многоточечные, изменяющиеся во времени.
5) По показателям качества.
В рамках одного класса РТС разделяют по таким показателям, как, например, точность, дальность, разрешающая способность, скрытность, помехозащищённость, пропускная способность (для РТСПИ) и др.
