Шебшаевич В.С., Дмитриев П.П., Иванцевич Н.В. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е издание, 1993) (1141982), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Ретранслятор выполняет функции усилителя мощности приходящих сигналов и когерентного их переизлучателя в сторону НЦН. Суммарная мощность ретранслятора всегда ограничена, поэтому ограничена и пропускная способность НРЛ активной системы.
Радиолиния активной системы со случайным доступом к ретранслятору НИСЗ многоканальна, причем число каналов соответствует числу П. Один канал ретрансляционной НРЛ, соответствующий 1-му Г1, показан на рпс. 5.!. Рнс. 5.1. Модель одного канала ретрансляционной раднолинии Для вывода энергетических соотношений для ретрансляционной раднолинни воспользуется формулой (5.2): для участка П! — НИСЗ вЂ” ! Р р ! = и! 2(ооп 1»ори, (5.3) для участка НИСЗ вЂ” НЦН (5.4) Р!ор!2 = П2 О7о !2 Р, ор!2. Рассмотрим более подробно работу ретранслятора НИСЗ.
На его вход поступает смесь ш,„р полезных сигналов от п наблюдаемых П и шумов п„, ! со спектральной плотностью Мо„о!! Ыо.р — — Х 5, СОэ ![2 (7) + По„!, (5.5) где 5, - амплитуды сигналов от каждого из и потребителей; ф, — фаза сигнала 2-го П; ф, — независимые равномерно распределенные в [ — я, и] случайные величины, так как все П излучают сигналы несинхронно, времена распространения сигналов от П до ретранслятора случайны и коды идентификации П также различны. Средняя мощность суммарного сигнала (5.5), выделяемая на единичном сопротивлении, оценивается по формуле Р, „р(7) = =шо'.
р которая с учетом независимости всех слагаемых [22], входящих в правую часть (5.5), после известных преобразований может быть приведена к виду Р2 о„! ( !) = 0,5 п Р, „, ! + А!о - ! Л Р Если средняя мощность на выходе передатчика ретранслятора Р,, то коэффициент усиления ретранслятора (по мощности) Кр= Рр/Рх..!(() = Р./(Лро"! ЛР+05пРо,!) (56) Шумы, переизлучаемые ретранслятором, имеют спектральную плотность Л(о" !К„', а в месте приема сигналов на НЦН— й(о ., ! Крао. 2 Кроме шумов, вносимых ретранслятором, в приемнике наземного центра имеются также шумы собственные н внешние (космические, галактические, шумы антенны) с суммарной спектральной плотностью Мо„р.
Суммарная мощность шумов Р,.2 в полосе ЛР с учетом соотношения (5.6) может быть записана в виде !то„„ оо Рр Р«2 ~ М АР+ 0 ВпР + оо(о„о~ ~ооР 76 Подставив это выражение в (5.4) н учтя очевидные соотношения между мощностями полезных сигналов, излучаемых П, поступающих на вход ретранстятора и излучаемых ретранслятором, можно получить следующее общее энергетическое уравнение радиолинни с ретрансляцией; !Уо,.! Рр '7»,о 1! Р"'р'2 ~ о7 Р+ О З Р + '" ] ЛРр)ро2. (5.7) Решив совместно уравнения (5.3) и (5.7), найдем связь отношений сигнал-шум в различных участках радиолинии: 1/77- 2 = 1/о)- ! +[ 1/р7- 2) (5.8) 5.3. УЧЕТ УСЛОВИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ РАДИОВОЛН В СРНС Рекомендуемые диапазоны частот. Все связи между приземными потребителями и НИСЗ осуществляются через атмосферу Земли, включая тропосферу и ионосферу. Атмосфера имеет ярко выраженную частотную избирательность [44, 45, 12], вследствие чего не все частоты могут свободно проходить через нее.
Из всего спектра электромагнитных колебаний свободно проходят через атмосферу колебания, занимающие диапазон между ионосферными критическими частотами и частотами, поглощаемыми дождем и атмосферными газами (10 МГц... 20 ГГц), а также диапазон видимых и инфракрасных лучей (1...1000 ТГц). Атмосфера частично прозрачна в диапазоне частот ниже 300 кГц. Однако в этом диапазоне невозможно получить полосу необходимой ширины, поэтому для СРНС он не используется.
Наиболее освоенным является первый частотный диапазон, называемый «радиоокномгп поэтому в существующих 77 Гдс (1/2(во 2)~=ЛРОох2/Ррооо ОТНОШЕНИЕ ШуМ-СИГНаЛ В МЕСТЕ ПрИЕ. ма переизлученных сигналов, учитывающее шумы в месте приема, за исключением ретранслированных шумов. Следует отметить, что хотя формула (5.8) по виду и совпадает с известным [56] энергетическим соотношением длн линии с активной ретрансляцией без генерации сигнала на борту НИСЗ, однако мощность полезного сигнала в месте приема на НЦН вычисляется другим способом.
В этом случае считается, что переизлучаемый ретранслятором сигнал содержит как полезную, так и шумовую составляющие и, кроме того, суммарная полезная составляющая рассчитывается с учетом случайной фазировки сигналов от п потребителей, причем и достаточно велико (и) !О). При малом п и при и = 1 усреднения фаз приходящих на ретранслятор сигналов не происходит н множитель 0,5 должен быть опушен. и проектируемых СРНС используются радиотехнические принципы передачи и выделения навигационной информации. Для спутниковой радионавигации выделены следующие диапазоны частот [44, 45, 19]: узкие полосы вблизи 150 и 400 МГц для доплеровских РНС; полосы частот 960...1215, 1535...1660, 4200...4400, 5000...5250 и 15400...15700 МГц.
Они резервируются на всемирной основе для использования и развития электронных средств для воздушной навигации и любого непосредственно связанного с ними наземного и космического оборудования; диапазон частот вблизи 10 ГГц. Узкие полосы вблизи 150 и 400 МГц отведены дли доплеровских РНС, полосы вблизи !О и 15 МГц — для систем, основанных на принципе направленности (угломерных РНС), а остальные (с достаточно широкими отведенными полосами) могут быть использованы для систем с шумоподобными широкополосными сигналами [44]. Рассмотрим особенности распространения радиоволн перечисленных диапазонов, влияющие на выбор проектных параметров СРНС. При распространении радионавигационных сигналов от НИСЗ к определяющемуся объекту влииние трассы проявляется в ослаблении сигнала, изменении скорости распространения его и отклонении траектории распространения от прямолинейной.
Расчет ослабления радиосигналов в атмосфере [56, 54, 44, 45]. Суммарное ослабление энергии сигнала Бь состоит из ослабления сигналов в свободном пространстве (.~ и дополнительных потерь й,„„в атмосфере Земли. Ослабление й, зависит от длины волны Х и расстояния г между передающей и приемной антеннами /.,=16я-'г'/Х'. Дополнительные потери обусловлены поглощением радиоволн в тропосфере и ионосфере, отражением и рассеянием энергии на неоднородностях атмосферы, изменением формы и плоскости поляризации радиоволн. При распространении в атмосфере радиоволны поглощаются в кислороде, водяных парах, дожде и облаках.
Резонансное поглощение в водяных парах происходит на частоте 22,23 ГГц, а в кислороде — на частотах 60 и 120 ГГц. Полное поглощение энергии радиоволн в кислороде и водяных парах, й„дБ, при прохождении через атмосферу можно рассчитать по формуле /-а = уоогм+ у вгы, (5.9) где гм и ге — эффективные протяженности трассы через атмосферу; уоо и у в — поглощения в кислороде н в водяных парах, дБ/км. Поглощение радиоволн дождем и взвешенными частицами воды становится значительным на частотах выше 3 ГГц.
Полное поглощение й„дБ, за счет выпадании дождя на участке пути длиной гв на частотах выше 2 ГГц составит 'а й,=~ у,(г) дг, где у, — удельное поглощение дождем. где /(з — радиус Земли, у — угол места П, 79 В облаках энергия радиоволн испытывает заметное поглощение только на частотах выше 10 ГГц. Рассеяние энергии радиоволн рассматриваемого диапазона в атмосфере при малых углах места потребителя у вызывает затухание и искажение радиосигналов, однако оно, как правило, пренебрежимо мало [45].
Потери вследствие вращения плоскости поляризации й„ при прохождении ионосферы в предположении, что передающая и приемная антенны линейно поляризованы и ориентированы одинаково, можно оценить в децибелах по формуле [78] 20!д сову. Наиболее сильный поворот плоскости поляризации наблюдается в метровом диапазоне радиоволн при малых углах места.
Таким образом, дополнительное ослабление энергии радиоволн (в децибелах) в атмосфере Земли можно определить по формуле ( доп = ( а + Ь + ( и. Расчет шумов иа входе приемного устройства [54, 56, 109]. Мощность шума на входе приемного устройства Р„=яТхбг", где lг=1,38 10 " Вт/(Гц К) -- постоянная Больцмана; Т,— суммарная шумовая температура всей приемной системы; зг— эквивалентная полоса шумов приемника. Суммарная шумовая температура всей приемной системы определяется интенсивностью как собственных тепловых шумов приемника Г„„, так и шумов различных источников и цепей, внешних по отношению к входу приемника, таких как радиоизлучение атмосферы, тепловые шумы Земли и антенны, космические радиоизлучения, радиоизлучения Солнца, Луны, планет, а также тепловые шумы, создаваемые различными цепями, подключенными к входу приемника (Т,„), фидерами, фильтрами и т.
д. Методика расчета составляющих суммарной шумовой температуры дана, например, в [54, 56, 109]. Оценка рефракционных ошибок. Неоднородное по высоте распределение диэлектрической проницаемости вызывает искривление траектории распространения радиоволн — рефракцию. Изза этого время распространения радиосигналов между передатчиком и приемником отличается от времени ппямолинейного распространения со скоростью света с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
