Пенин П.И. Системы передачи цифровой информации (1976) (1151855), страница 65
Текст из файла (страница 65)
Величина коэффициента т1А зависит от типа и конструкции антенны. Для антенн параболического типа т1А=0,5 — 0,7 (7). При расчетах величину т1А обычно берут равной 0,55. Выразив площадь антенны ЯА через диаметр Р, нетрудно получить Р = т1А(лР/Ф) ', (7.25) 3д 1)АлР /4. (7.26) Ширина диаграммы направленности антенны ~по уровню половиннои мощности определяется приближеннои фор мулой О = 70ЦР. (7.27) Принимая во внимание (7.23), (7.25) и (7.26) и учитывая, что поглощение энергии сигнала в атмосфере на рабочей частоте незначительно и им можно пренебречь, после несложных преобразовании ~выражение (7.22) для двоичных сигналов можно представить в виде где А=с//р — длина волны; с — скорость распространения электромагнитных колебаний (с=3 л10з м/с); Ур — спектральная плотность флюктуационных шумов на входе приемника, 343 Соотношение (7.28) аозволяет определить любой из параметров линии связи при условии, что все остальные параметры известны.
Если учесть, что для рассматриваемой линии связи Х = с//, = 3 1О'/2,3 10' = 0,13 м и У, = ~1,38 1О '~ 50-0,7 1О " [Вт/Гц), и принять у,и„=4, уя — 0~75 чх 0>55~ Рв = 5 м~ Ра — 60 м, Риэл = 30 Вте то для заданных конкретных значений параметров из (7.'28) следует соотношение (7.29) г%1п варош)(0,8 10зз Здесь расстояние г берется в километрах. При заданном значении вероятности ошибки р„, выражение (7.29) определяет связь между достижимой дальностью связи и возможной при этом скоростью передачи. В линиях дальнеи космической связи отношение сигнал/шум ма входе приемника меняется в соответствии с изменением расстояния между Землей и космическим аппаратом. Для поддержания постоянства вероятности ошибки р,,ч необходимо изменять скорость передачи Я в соответствии с изменением расстояния г, т.
е. иметь адаптивную линию связи. Практически подобная адаптация достигается с помощью специального программного устройства дискретно управляющего скоростью передачи. При этом производятся соответствующие измене-. ния и и приемном устройстве (дискретно изменяется полоса пропускания, постоянные времени интеграторов и т.
п.). Обычно такое изменение делают кратным двум. Расчеты показывают, что современные применяемые линии дальней космической связи могут обеспечивать довольно высокие скорости передачи на расстояниях до нескольких сотен миллионов километров. Необходимо отметить, что практическая реализация систем с такими показателями является весьма сложной технической задачей.
Она связана с созданием малошумящих приемных устройств, применением эффективных методов передачи и мриема сигналов, созданием высокоэффективных приемных антенн и увеличением излучаемой мощности. Обсуждение подобных вопросов можно найти в работах (8, 9, 15!. 344 7.3.2. Радиолипия «Земля — космический аппарат» Линия связи подобного типа предназначена для передачи различных команд с Земли на борт космического аппарата к целью включения или выключения зтрограммных бортовых устройств, коррекции траектории полета аппарата и т.
п. Достоверность приема таких команд должна быть ~весьма высокой, а допустимая вероятность ошибки принятой команды составляет 10-' — 10 «и менее. Для современных применяемых линий связи «Земля — космический аппарат» характерны следующие парамепры мощность наземного передатчика в режиме непрерывного излучения Р„.,=10' — 10' Вт; рабочая частота /«=2!00 МГц; диаметр передающей наземной антенны 0,=25 м; диаметр бортовой приемнои антенны О«=2,5 — 5 м; эффективная шумовая температура бортового приемника Т»=500 — 1000 К [4 — б, 9]. Если принять Р„=10' Вт; Он=5 м; Т,=1000 К; 0,=25 м; у «»=4; ув=0,75; т!«=0,55, то в соответствии с выражением (7.28) получим г»И! и (1/2рош) (0,2 10м.
(7.30) Нетрудно убедиться в том, что радиолнния с указанными параметрами может обеспечить передачу команд на весьма значительные расстояния. Так, например, лри допустимой вероятности ошибки р,ш= !Π†« и скорости передачи информации о команде )7=8 бит/с, дальность действия радиолинии составит около 4,5 млрд. км. 74.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦИФРОВОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ СВЯЗИ Возрастающий интерес во многих странах к исследованию морей и океанов привел к быстрому развитию гидроакустики как в научном, так и в прикладном направлениях (!2 — 14]. В частности, большое внимание в последние годы уделяется разработке методов передачи и приема информации под водой и созданию средств гидроакустнческои связи для океанологнческих исследований, разведки н добычи полезных ископаемых на дне морей и океанов и т. д.[13, 141 345 Распространение акустических сигналов в море сопровождается рядом сложных явлений, обусловленных отражениями от поверхности моря и дна, рассеянием на неоднородностях н поглощением энерги~и сигналов в морской среде.
Эти явления приводят к тому, что параметры посылок гидроакустических сигналов, приходящих на вход приемника, приобретают случайные изменения, форма огибающей каждой посылки искажается, между посылками появляется интерференция, причиной которой являются как указанные искажения, так и многолучевой характер распространения. На прием сигналов в гидроакустических каналах связи могут оказывать существенное влияние различные помехи; собственные шумы моря, шумы обитателей моря, шумы судовых двигателеи и т. п. [2, 131. Учесть перечисленные выше факторы при расчете гидроакустической линии связи в настоящее время не представляется возможным, так как многие из них до сих пор еще недостаточно изучены. Дальнейшее рассмотрение проведем при следующих условиях и допущениях: 1. Для передачи цифровой информации по гидроканалу применяются простые двоичные оигналы, инварнантные к частотным своиствам морской среды.
Это означает, что длительностыпосылки сигнала выбирается так, чтобы неравномерность коэффициента затухания в пределах диапазона частот, занимаемого спектром посылки Л~„ была незначительной, и затухание можно было бы полагать одинаковым для всех частот спектра оигнала. Сделанное допущение эквивалентно требованию, чтобы рассматриваемый гидроакустический канал был узкополосным, т.
е. выполнялось условие (ЛАНДО) «1, где 1о — несущая частота посылки сигнала. Допущение об узкополосности канала позволяет считать, что среда не искажает форму огибающей посылки сигнала, пришедшего на вход приемника, а уменьшение энергии посылки из-за поглощения в ~морской среде определяется значением коэффициента затухания на несущей частоте посылки. 2. Считается, что влияние многолучевого эффекта при раслространении акустических сигналов в морокой среде незначительно и его можно не учитывать.
Это допустимо, если дальность связи сравнительно невелика (не более 2 — 4 км) и приняты меры к уменьшению влияния отра- 346 (7.32) 347 жений сигнала от поверхности моря и дна. Указанные условия работы характерны для современных и верспективных информационных гидроакустических систем (131. 3. Из различного вида возможных помех учитываются только принципиально неустранимые собственные шумы моря. Эти шумы обусловлены тепловыми явлениями, происходящими в воде, и разнообразными факторами механического происхождения (волнением поверхности моря, брызгами, лопающимися пузырьками воздуха в приповерхностном слое воды и т.
п.). Уровень шумов моря существенно зависит от состояния поверхности и ~метеорологических условий. Как~правило, уровень шумов моря значительно превышает уровень внутренних шумов приемника, поэтому влияние последних можно не учитывать. Учет других видов помех затруднителен, поскольку этм помехи изучены еще недостаточно, В ряде случаев их деиствие можно существенно ослабить правильным выбором параметров системы связи (рабочей частоты сигнала и т. п.) и условий работы системы. Второе и третье допущения позволяют считать, что в первом приближении рассматриваемый узкополосный гидроаиустическии канал связи является гауссовским.
Суть энергетического расчета цифровой гидроакустической линии связи состоит в том, чтобы найти отношение сигнал/помеха на входе приемника, при котором обеспечивается требуемое качество передачи информации. В соответствии с уравнением дальности связи (7.5) средняя мощность акустического сигнала на входе приемника, приходящаяся на единицу эффективной площади приемной антенны (средняя интенсивность сигнала), равна Рсвх 6~ Г Вт Ч 7.„= — =Р„, — ехр( — 0,23аг) ~ — ~, (7.31) зэ 4пт' ~ м' ~' где б~ — коэффициент направленного действия излучателя передатчика (коэффициент концентрации); 5, — эффективная площадь приемной антенны (гидрофона). Остальные обозначения те же, что и в выражении (7.5). Коэффициент затухания акустических колебаний в морокой среде а определяется выражением (7.4).
При теоретических исследованиях и расчетах часто удобно аппроксимировать коэффициент затухания линейной или квадратичной функцией частоты. Запишем аппроксимацию коэффициента затухания в виде а=р(л)Г"" ГдБ/км1, где п — показатель, величина которого п зависимости от применяемой апп~роксимации, может быть выбрана а пределах 1(гь(2„р(п) — постоянный коэффициент, значение которого определяется величиной выбранного показателя и. Естественно, что при выбранной величине п нужно подобрать такое значение коэффициента р(п), чтобы аппроксимация вида (7.32) соответствовала экспериментальной зависимостм а(1) в рассматриваемом диапазоне частот ф — 1з).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
