Бондаренко В.Н., Тяпкин В.Н., Дмитриев Д.Д. и др. Радиоавтоматика. Под ред. В.Н.Бондаренко (2013) (1095885), страница 18

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 18)

Демодулятор имеетдва квадратурных канала, отличающихся тем, что опорные колебания, подаваемые на дискриминаторы, сдвинуты по фазе на /2 рад. Необходи-2.3. Системы фазовой автоподстройки частоты111мость применения двух каналов обусловлена фазовой манипуляцией сигнала (в соответствии с передаваемым двоичным символом фаза посылкипринимает значение 0 или ), в результате чего в спектре сигнала не содержится составляющей центральной (несущей) частоты. Обычная системаФАПЧ (одноканальная) в этих условиях оказывается неработоспособной(управляющее напряжение будет изменять свой знак в соответствии с законом фазовой модуляции).ФНЧФДA(t)cos φ РУcos ω0tА(t)cos(ω0t + φ)CTCπ /2ПГUу1ФНЧФДsin ω0tФДФНЧA(t) sin φРис. 2.20Для того чтобы исключить зависимость управляющего напряженияот передаваемых данных (двоичных символов), в системе Костаса используется еще один фазовый детектор (перемножитель).

Верхний канал демодулятора является синфазным, так как его входное напряжение равноA(t)cos, где A(t) – двоичный (телеграфный) сигнал, принимающий значения 1 или –1. В стационарном режиме фазовая ошибка  <<  и выходнойсигнал демодулятора совпадает с передаваемым сообщением А(t). Восстановление двоичного сигнала, искаженного шумом, осуществляется решающим устройством (РУ).

Моменты принятия решения относительнозначения переданных символов определяется сигналом тактовой синхронизации (СТС).Нижний (квадратурный) канал формирует сигнал . После перемножения канальных сигналов формируется управляющее A(t)sin напряжение, зависящее только от фазовой ошибки . Эта зависимость (ДХ) имеет вид U() = Umaxsin. В силу периодичности U() возможен случай,когда в стационарном режиме фазовая ошибка равна , а не нулю. Это явление называют эффектом обратной работы (вместо передаваемого символа воспроизводится противоположный символ). Для устранения такойвозможности на практике используют относительную фазовую манипуляцию (ОФМ), при которой один двоичный символ передаётся изменениемфазы соседних посылок, а противоположный символ – сохранением фазы.1122. Типовые системы радиоавтоматикиЕсли система Костаса используется для восстановления несущей, товыходом системы служит выход подстраиваемого генератора (ПГ).Полоса пропускания канальных фильтров нижних частот определяется скоростью передачи данных (выбирается из условия fф  1 / T , где Т –длительность символа).

Полоса пропускания ФНЧ, включённого в цепьобратной связи, как правило, во много раз у́же, чем канальных фильтров.Этот фильтр должен пропускать лишь медленно изменяющуюся составляющую напряжения, обусловленную уходом частоты генератора (а такжесигнала).Система Костаса может использоваться для восстановления подавленной несущей и при других видах модуляции (балансная, однополосная),а также в качестве следящего фильтра доплеровского измерителя скорости,использующего ФМ-сигнал (например, в спутниковых системах радионавигации).Функциональная схема, представленная на рис. 2.21, описывает устройство для синтеза частот, формирующее сетку стабильных частот с заданным шагом.В установившемся режиме на обоих входах импульсно-фазовогодискриминатора (ИФД) действуют импульсные последовательности с равной частотой следования F0 импульсов.

Частота выходного сигнала синтезатора (частота подстраиваемого генератора) определяется коэффициентомделения N счётчика (делитель с переменным коэффициентом деления):fг = NF0. Управляя коэффициентом деления посредством кода, вводимогов ДПКД с пульта управления или от микроЭВМ, формируют сетку высокостабильных колебаний с шагом F0 (стабильность обусловлена тем, чтоопорное колебание частоты F0 формируется делением частоты колебаниякварцевого генератора).F0ИФДФНЧПГfг = N · f0F0ДПКДКодРис.

2.21Полоса пропускания ФНЧ выбирается из условия fф < F0. В противном случае в спектре выходного сигнала синтезатора появятся побочныеспектральные составляющие, обусловленные частотной модуляцией колебания подстраиваемого генератора с частотой сравнения F0. В то же время2.3. Системы фазовой автоподстройки частоты113ФНЧ должен иметь достаточную полосу пропускания для того, чтобы система ФАПЧ могла компенсировать флуктуации частоты подстраиваемогогенератора. Это обстоятельство ограничивает минимально возможный шагперестройки F0 синтезатора. Для уменьшения шага перестройки используют более сложные (многоконтурные) синтезаторы частот.Диапазон перестройки синтезатора определяется полосой захватасистемы ФАПЧ.

Вариант использования системы ФАПЧ в фазовых системах радионавигации иллюстрирует рис. 2.22, на котором представленафункциональная схема бортового приемоиндикатора, определяющего координаты подвижного объекта (самолета, корабля и пр.).СУКлФАПЧКлФАПЧКлФАПЧЦФмЭВМПОИCBCРис. 2.22На вход приёмоиндикатора поступают сигналы от трёх наземныхстанций (радиомаяков), работающих в режиме временно́го разделения (всестанции излучают колебание одной частоты поочерёдно). Одна из станций(ведущая) синхронизирует другие (ведомые) станции, так что начальныефазы всех излучающих станций одинаковы.

Приёмник представляет собойселективный усилитель (СУ), настроенный на частоту принимаемых сигналов. Разделение сигналов производится с помощью ключей (Кл), управляемых системой синхронизации. Для слежения за фазой каждого сигналаиспользуется своя система ФАПЧ. Цифровой фазометр (ЦФм) измеряетфазовые сдвиги сигналов двух ведомых станций относительно сигнала ведущей станции и преобразует их в цифровые коды, вводимые в микроЭВМ. Последняя решает навигационные уравнения на основе измеренныхрадионавигационных параметров (фазовых сдвигов), известных координатназемных станций, параметров движения объекта (скорости, высоты)и других данных, в результате чего выдаёт информацию о координатахобъекта (долготе, широте) на пульт отображения информации (ПОИ).1142.

Типовые системы радиоавтоматикиПример применения систем ФАПЧ в фазовом пеленгаторе иллюстрирует рис. 2.23. Принятый сигнал поступает на две разнесённые ненаправленные антенны. В каждом канале используется отдельный приёмникс общим гетеродином и своя система ФАПЧ, отслеживающая фазу принятого на данную антенну сигнала. Благодаря тому, что расстояния от источника излучения (радиомаяка) до каждой антенны неодинаковы, фазовыесдвиги сигналов различаются (равенство имеет место при приёме с направления, перпендикулярного базе, т. е.

с линии, соединяющей обе антенны). Относительный фазовый сдвиг сигналов, однозначно связанный сизмеряемой угловой координатой (пеленгом), измеряется цифровым фазометром, преобразуется в цифровой код и пересчитывается с помощьюмикроЭВМ в пеленг.ПрФАПЧЦФМГетПрЭВМПОИФАПЧРис. 2.23Составим структурную схему системы ФАПЧ, обратившись к типовой системе (самой простой). Полагаем, что фазовый дискриминатор иподстраиваемый генератор являются безынерционными звеньями. Такоепредположение оправдано, поскольку полоса пропускания системы ФАПЧопределяется главным образом частотой среза фильтра нижних частот.Для фазовой ошибки (фазового рассогласования) можем записатьследующее выражение:φ(t )  φ c (t )  φ г (t ) ,tt00(2.22)где φ с (t )   ωс (τ)dτ  φ с0 и φ г (t )   ωг (τ) dτ  φ г0 – полные фазы сигнала иколебания подстраиваемого генератора.Выходное напряжение фазового дискриминатора представим в видеU д (t )  U (φ)  n(t ,φ) .(2.23)2.3.

Системы фазовой автоподстройки частоты115Первая составляющая в уравнении (2.23) определяет постоянное(медленно меняющееся) напряжение, обусловленное действием сигнала, авторая – описывает помеху (продукт взаимодействия входного шума исигнала), характеристики которой в общем случае зависят от фазовойошибки.Типичные зависимости U() – дискриминационные характеристики – представлены на рис.

2.24.UUφ–π0Uφ–ππ0а)πб)φ–π0πв)Рис. 2.24Характеристики (рис. 2.24, а и 2.24, б) соответствуют дискриминаторам непрерывных (аналоговых) систем, а характеристика (рис. 2.24, в) –цифровой системе (бинарное квантование сигнала ошибки).Формирование управляющего напряжения описывается дифференциальным уравнениемUу(t) = Кф(р)Uд(t),(2.24)где KФ(p) – передаточная функция ФНЧ.Процесс управления частотой подстраиваемого генератора, как и всистеме АПЧ, может быть описан уравнениемfг(t) = fг0 + kгUу(t)(2.25)при условии, что частота fг изменяется в пределах линейного участка регулировочной характеристики (рис.

2.17).Так как в ФД сигнал и колебание ПГ сравниваются по фазе, то необходимо перейти от частоты г к фазеφ Г (t ) 12πωГ (t ) f Г (t ) .pp(2.26)1162. Типовые системы радиоавтоматикиУравнение (2.26) описывает интегрирующее звено с коэффициентомпередачи 2 рад/с –1 (начальная фаза г0 опущена, так как система входит врежим слежения независимо от значений г0 и с0).Объединив выражения (2.22)–(2.26), запишем дифференциальноеуравнение системы ФАПЧ (в операторной форме):2πkг [U (φ)  n(t ,φ)]K ф ( p)  fг0pφ г (t ) (2.27)Уравнению (2.27) соответствует структурная схема, приведенная нарис. 2.25, а.n(t,φ)φcφKф(p)U(φ)φг2π/pkгfг0а)n(t)φcφkдK(p)φгб)Рис. 2.25Данная схема не учитывает нестабильность частоты fг (учёт нестабильности производится добавлением случайной величины fг к значению fг0).Аппроксимируя ДХ линейной зависимостью U()  kд, что справедливо для работы системы в режиме слежения, когда  , получаем линейную модель системы ФАПЧ (рис.

2.25, б). Линейное звено с коэффициентомпередачи, равным крутизне kд (рад/В) ДХ в точке  = 0, описывает ФД.Схема, представленная на рис. 2.25, б, совпадает с обобщённойструктурной схемой линейной радиотехнической следящей системы(рис. 1.22). В этом случае звено с передаточной функцией K(p) = kгKФ(p)описывает ФНЧ и подстраиваемый генератор, а под переменными с и г2.3. Системы фазовой автоподстройки частоты117понимаются соответственно фазовые сдвиги сигнала и колебания генератора, обусловленные отклонениями частот относительно номинальногозначения fс0 = fг0.Линейная модель системы ФАПЧ позволяет решать такие задачи какопределение запаса устойчивости, быстродействия, точности слежения зафазой.

Однако для определения полосы захвата линейная модель не пригодна (она позволяет оценить лишь верхнюю границу для полосы захвата,равную полосе удержания).П р и м е р 2.5. Произвести выбор структуры ФНЧ и параметровсистемы ФАПЧ, обеспечивающих заданные показатели качества: быстродействие tп  0,1 с; перерегулирование   30 %, фазовую ошибку   /20.рад при ускорении ω = 20 рад/с .2cР е ш е н и е. По заданному времени переходного процесса находимчастоту среза разомкнутой системы: ср  π  31 с–1.

Характеристики

Список файлов книги