Диссертация (1090940), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Таким образом, очевидно, что сигнал со спектром 122 имеет меньшеевнеполосное излучение по сравнению с сигналом, имеющим спектр 121. Если сравнивать полосы спектров 121 и 122 далее, то разница в их шириненачинает уменьшаться. Однако рисунок 33 иллюстрирует спектр сигнала 119на выходе четырёхразрядного ЦАП. При использовании предлагаемого метода управления цифро-аналоговым преобразователем с большим числомразрядов и увеличении длительности преобразуемого сигнала 110 (не масштабирования его во времени, а преобразование бесконечного сигнала 110 набольшем интервале времени) – спектр 122 будет стремится к прямоугольнойП-образной форме в пределах полосы частот 123 и к нулю вне полосы частот.124125Рисунок 41 – Высокочастотный СШП сигнал с огибающей sin(x)/xОгибающая 124 в положительной области оси ординат (рисунок 41)представляет собой модуль сигнала 119.
Использование сигнала 119 в качестве модулирующего высокочастотное колебание 125 (рисунок 41), также даёт меньший уровень внеполосного излучения в спектре модулированногосигнала. В результате чего снижаются требования к крутизне фронтов полосовых фильтров передатчика для подавления внеполосного излучения, снижается уровень помехи по соседнему каналу, появляется возможностьуменьшения величины защитного интервала между соседними радиочастот-82ными каналами, увеличения числа каналов и, таким образом – более эффективного использования спектра радиочастот.Согласованная фильтрация такого СШП сигнала может быть реализована с помощью синхронного детектора, как показано на рисунке 37, а в сантиметровом диапазоне волн и с помощью акустоэлектронных линий задержки [99].Огибающая спектра СШП сигнала формируемого передатчиком (Рисунок 37) в сравнении с сигналом, имеющим огибающую гауссовской формы,показана на рисунке 42.
Оценённый выигрыш в энергетике спектральнойплотности (2) по сравнению со спектральной плотностью (3) по результатамиспытаний составляет 2,38 дБ по уровню –10 дБ, что подтверждает выполненные расчёты.б2в3а11 - частотная маска;2 - спектр СШП излучения вида sin(x)/x;3 - гауссовкий спектр СШП излученияРисунок 42 – Практическая реализация спектров СШП излучения835.2 Разработанные системы СШП радиосвязиВ процессе работы было реализовано несколько систем СШП импульсной радиосвязи решающие следующие задачи:- система передачи видеоданных с нескольких камер установленных намеханизированном роботе. Область применения – визуальный контроль территории после техногенных катастроф в местах, куда доступ человека затруднён (высокая температура, радиация, вероятность обрушения).- система обмена данными беспилотного летательного аппарата иназемного пункта обмена. Область применения – скрытая передача данных вдуплексном режиме с борта и на борт дистанционно-пилотируемых или беспилотных летательных аппаратов класса мини/микро, находящихся в радиусенескольких километров от пункта обмена данными.- система сбора и обработки информации с применением сверхширокополосной беспроводной технологии передачи данных.
Область применения –асинхронное получение информации от типовых датчиков контроля параметров производства (температура, влажность, давление, вибрация, ускорение и т.д.), находящихся в радиусе нескольких метров от приемника.Краткие характеристики разработанных систем перечислены в табл. 13.Таблица 13Характеристики СШП импульсных радиосистем передачи данныхНазначениеПараметр ______Ширина полосы, МГцЦентральнаячастота, ГГцСредняя излучаемаямощность, мВтсистема передачисистема обменасистема сборавидеоданныхданнымиинформации400100010001,254,24,2<107,80,284СкоростьПередачи, кб/сВероятностьошибки на битМодуляцияНакоплениеимпульсовДальность, м100005001,2<10-6<10-2<10-3МодуляцияМодуляцияимпульсов поимпульсов поположениюположениюнетда, 100да, 4до 1801000-30005АмплидуднаяманипуляцияНа рис.
43-44 показаны этапы производства работ по реализации системы СШП импульсной радиосвязи.Рисунок - 43 Беспилотный летательный аппарат X-8 Skywalker с установленным передающим трактом системы СШП импульсной радиосвязи.85Рисунок - 44 Экспериментальная установка для оценки возможности передачиданных от 10 передатчиков на один приемник системы сбора информацииОсобенности каждого применения оправдывают выбор СШП импульсной радиосистемы.В случае с роботом, в условиях разрушенных зданий и сооружений,СШП импульсные сигналы, при правильном выборе их параметров, как описано в [100], позволяют снизить влияние многолучевого распространения напринимаемый сигнал. На рисунке 45 показано различие в принимаемых сигналах для узкополосной (WiFi 802.11) радиосистемы и сверхширокополоснойрадиосистемы.б)а)Рисунок - 45 Принимаемый сигнал в условиях многолучевого распростране-86ния(а) – узкополосный, (б) – сверхширокополосныйДля использования на беспилотных летательных аппаратах важно обеспечить скрытность передаваемых данных.
Использование сверхширокополосных сигналов с эффективной шириной спектра порядка 1 ГГц позволяетна 2–3 порядка снизить спектральную плотность мощности в радиоканале посравнению с узкополосными и ограниченно-широкополосными каналами передачи данных и, как следствие, на 1–2 порядка снизить дальность радиоразведки таких каналов. При этом речь идет в том числе и непосредственно офакте обнаружения наличия канала передачи данных. Вместе с тем использование специальных законов амплитудно-импульсной модуляции с изменяемыми расстановками импульсов в бит-пачке практически исключает возможность демодуляции передаваемых сигналов средствами радиоразведки,что, соответственно, не позволяет осуществить раскодирование передаваемых данных.Если рассматривать систему с множественными датчиками, передающими информацию посредством СШП импульсных сигналов, то здесь основным преимуществом выбранных сигналов является короткое время работы, как результат – время жизни датчика без замены батареи определяетсягодами, а фактически – физическим сроком службы самого датчика.5.3 Эксперимент с системой СШП радиосвязи для передачинесжатых видеоданныхПредставлено несколько экспериментов с одной из разработанных ранесистем СШП связи, с временным стробированием принимаемого сигнала.Данная система предназначена для использования на механизированном роботе с целью передачи данных с нескольких видеокамер.
Область применения – визуальный контроль территории после техногенных катастроф в ме87стах, куда доступ человека затруднён (высокая температура, радиация, вероятность обрушения). Выбор СШП радиосистемы для подобных примененийне является случайным. В условиях разрушенных зданий и сооружений,СШП (короткоимпульсные) сигналы, при правильном выборе их параметров,позволяют эффективно бороться с многолучевым распространением сигналов. На рисунке 45 показано различие в принимаемых сигналах для узкополосной (WiFi 802.11) радиосистемы и сверхширокополосной радиосистемы.В работе [100] приведены основные соотношения для выбора длительностиСШП импульса и периода их повторения, при выполнении которых, для некоторых условий эксплуатации, влияние от многолучевого распространенияна принимаемый сигнал можно свести к минимуму.5.2.1 Используемое оборудование-два макета разработанной СШП системы радиосвязи (Рисунок 46);-осциллограф С7-19;-частотомер Ч3-34;-источник питания Е3631А;-прибор для измерения напряжённости электрического поля АРР-7[102];88Выход ПередатчикаИндикаторы подачи напряжения питания и отображениярегулировокВход ПриемникаВход/ВыходВидео/АудиоУправлениеПитаниеТестовыйЦифровой ВыходТактовый СигналЦифровой ВходCOM портРисунок 46 – Модуль СШП приёмопередатчика-антенны трех типов по 2 шт; полосковый печатный полуволновый диполь Герца размером 6х6мм (Рисунок 47); рупорная антенна 1 (Рисунок48) размером 120х150х250 мм[102]; рупорная антенна 2 (Рисунок[103].8948) размером 250х300х450 мм21Рисунок 47 – Полуволно-Рисунок 49 – Рупорные ан-вый диполь ГерцатенныКонструкции антенн, которые могут применяться в СШП радиосистемах, рассмотрены в [104].5.2.2 Описание разработанной СШП системы радиосвязи5.2.2.1 Принцип работыБлок схема предыдущей версии СШП приемопередатчика показана нарисунке 50.
Сигнал, предназначенный для переноса информации, приходитна буфер передающего устройства и представляет собой последовательностьнулей и единиц. Буфер осуществляет преобразование информационной последовательности в сигнал, обеспечивающий запуск генератора СШП импульсов. Генератор выполнен на диодах с резким восстановлением обратногосопротивления [73, 75-77] и нагружен на антенну с волновым сопротивлением 50 Ом.
Генератор, работающий по тому же принципу и реализованный набиполярном или полевом транзисторе, используется в [78]. Частота повторения информационных символов составляет 2,0 МГц.90ПриемникМШУАттенюаторСигнальный КаналДелительМощностиПорогСтробир.СинхронизацияПороговоеНапряжениеПороговоеНапряжениеПередатчикПФПППГенераторСШП имп.Импульсов PulБуферОбработкаиУправлениеВх/ВыхБуферСтробир.ПорогБуферШумовой КаналРисунок 50 – Блок схема СШП приёмопередатчикаАнтенный переключатель обеспечивает переключение режимов приема/передачи (ППП). В системе используются несколько типов сверхширокополосных приёмопередающих антенн (Рисунки 48, 49).Приемник содержит малошумящий усилитель (МШУ), аттенюаторвходного сигнала, делитель мощности на два канала. Работой приемопередатчика управляет цифровой сигнальный процессор (ЦСП). Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) применяется для слежения запринимаемым сигналом и, в одном из вариантов реализации, в схеме синхронизации.Два канала приемного устройства осуществляют параллельный прием.Один канал служит для приема сигнала, второй для оценки уровня внешнихшумов и переотражений от препятствий, расположенных на пути распространения сигнала [105, 106].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
