Шебшаевич В.С. Сетевые спутниковые радионавигационные системы (2-е изд., 1993) (1151869), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Ретранслятор выполняет функции усилителя мощности приходящих сигналов и когерентного их переиэлучателя в сторону 'НЦН. Суммарная мощность ретранслятора всегда ограничена, поэтому ограничена и пропускная способность НРЛ активной системы. Радиолнння активной системы со случайным доступом к ретрансаятору НИСЗ многоканальна, причем число каналов соответствует числу П. Один канал ретрансляционной НРЛ, соответствующий гчму П, ноказгш па рпс.
5.!. Рис. ЗЛ. Молясь одного канала рсгрансляннонноа радиолннии Для вывода энергетических соотношений для ретрансляционной раднолииии воспользуется формулой (5.2): для участка П, — НИСЗ (5.3) для участка НИСЗ вЂ” НЦН Раега — п1 чв» 2 Кв и. (5.4) Рассмотрим более подробно работу ретранслятора НИСЗ. На его вход поступает смесь ш,„„полезных сигналов от п наблюдаемых П и шумов п,„~ со спектральной плотностью Мо,„и гв,„„= Х 5; созф, (Г) + л,„о (5.5) где 5; — амплитуды сигналов от каждого из и потребителей; Чь — фаза сигнала гсго П; Чч — независимые равномерно распределенные в [ — я, л] случайные величины, так как все П излучают сигналы несинхронно, времена распространения сигналов от П до ретранслятора случайны н коды идентификации П также различны.
Средняя мощность суммарного сигнала (5.5), выделяемая на единичном сопротивлении, оценивается по формуле Рх~~,Г~ = =гв,'„р которая с учетом независимости всех спагаемых [22), входящих в правую часть (5.5), после известных преобразований может быть приведена к виду Раен (!) = 0,5пР„„~ + йГо-~ ЬР. Если средняя мощность на выходе передатчика ретранслятора Р„то коэффициент усиления ретранслятора (по мощности) Кр = Рр/Рвсн (Г) = Рх/( й/овх~ ЛР+ О 5нРы*~) (5.6) Шумы, переизлучаемые ретранслятором, имеют спектральную плотность Мэ „~К', а в месте ' приема сигналов на НЦН— Фо ~ Кгэиь Кроме шумов, вносимых ретранслятором, в приемнике наземного центра имеются также шумы собственные и впшпние (космические, галактические, шумы антенны) с суммарной спектральной плотностью Ур..ь Суммарная мощность шумов Р„~ в полосе ЛР с учетом соотношения (5.5) может быть записана в виде МО а2 р ~ М ад+ Овчя + У""') Подставив это выражение в (5.4) и учтя очевидные соотношения между мощностями полезных сигналов, излучаемых П, поступающих на вход ретранслятора и излучаемых ретранслятором, можно получить следующее общее энергетическое уравнение радиолинии с ретрансляцией: Решив совместно уравнения (5.3) н (5.7), найдем связь отношений сигнал-шум в различных участках радиолинии: 1/4 = 1/4 +(1/4 *') ° (5.8) где (1/чвмз) = х/овн/Роан отношение шум-сигнал в месте приема 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 для 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 а потребителей, причем и достаточно велико (п)10). При малом а н при п=1 усреднения фаз приходящих на ретранслятор сигналов не происходит и множитель 0,5 должен быть опущен. $.3. УЧЕТ УСЛОВИЯ 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 иопосфсрными критическими частотами и частотами, поглощаемыми дождем и атмосферными газами (10 МГц... 20 ГГц), а также диапазон видимых н ншрракраспых 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 «радиоокном», поэтому в существующих 77 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 !О ГГц, Узкие полосы вблизи 150 и 400 МГц отведены для доплеровских РНС, полосы вблизи 10 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 сигналамн [44[.
Рассмотрим особенности распространения радиоволн перечисленных диапазонов, влияющие на выбор проектных параметров СРНС. При распространении радионавигационных сигналов от НИСЗ к определяющемуся объекту влияние 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 Бз состоит из ослабления сигналов в свободном пространстве (.о и дополнительных потерь (.„. в атмосфере Земли. Ослабление Ео зависит от длины волны Х и расстояния г между передающей и приемной антеннами Ео= 16п'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 !20 ГГц. Полное поглощение энергии радиоволн в кислороде и водяных парах (., дБ, при прохождении через атмосферу можно рассчитать по формуле (а 700г!О+увОг!в, (5.9) где гм и г~ — эффективные протяженности трассы через атмосферу; уэв и у„в — поглощенна и кнслородс и н водяных парах, дБ/км. Поглощение радиоволн дождем и взвешенными частицами воды становится значительным па.частотах выше 3 ГГц. Полное поглощение Б„дБ, за счет выпадания дождя на участке пути длиной гэ на частотах выше 2 ГГц составит 'о Ь,=) 7.(г) ~!г, где у, — удельное поглощение дождем.
о 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 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 ! дап= г а+Ь+ г п. Расчет шумов на входе приемного устройства [54, 56, 109].
Мощность шума на входе приемного устройства Р =йТхбГ, где й=1,38 !О ы Вт/(Гц К) — постоянная Больцмана; Тх— суммарная шумовая температура всей приемной системы; ЬР— эквивалентная полоса шумов приемника. Суммарная шумовая температура всей приемной системы определяется интенсивностью как собственных тепловых шумов приемника Т,р, 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 (7„), фидерами, фильтрами и т.
д. Методика расчета составляющих суммарной шумовой температуры дана, например, в [54, 56, !09[. 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 прямолинейного распространения со скоростью света с. Это требует введения поправок при определении дальности до НИСЗ.
Тропосферная рефракционная погрешность измерения квазидальности согласно [166[ определяется следующим соотношением: м (л) да (5. 10) н„ где )7з — радиус Земли, у — угол места Г1, А!(л) = [п(Л) — 1]1 О' (5.)! ) — приведенный показатель преломления воздуха (индекс рефракции), п(Ь) — коэффициент преломления воздуха на высоте А над поверхностью Земли. !!6) Нз ехр ( йй) Н (й) = ' ' . (5.12) Н,ехр] — й,(й+ !Н вЂ” Н,)], й) Н, — й„' где Н,=9 км — высота тропосферы; Ь, — высота над уровнем моря паверхностн Земли в месте расположеннн П; Й, — прнземное значение Н; Н,=105— значение У на высоте Нк !1= !п(Нз/Н)/(и,— Л), Р, = 0,1424 ° !О 'м '. (5.13) Ионосферную погрешность Ьгь см, намеренна квазядальвостн от П до НИСЗ оценивают па формуле [46) бг„= 4.04 ° 10') т ~ %Ь, (5.14) (*1 где ) [Гц) — рабочая частота, з [см) — групповой путь, вдоль которого распространяется радиосигнал, принятый прнмолннейным, Н [см ') — распределение электронной концентрацнн вдоль трассы распространенна снгцала.
Ионосферную погрешность *г, намеренна скорости можно определить днф. ференцнрованнем погрешности Ьг;. 404.10г Г [[ .„-1 .,]. )2(! ! ) (г ) (т ) (5 !5) где 1~ н !з — достаточно блнзкне моменты времени. Таким образом, оба алгоритма (5.14) н (5.15) сводятся к вычнгленню ннтегрэлыюй электронной кшгцептрацнн Ух =[ Убз вдоль лпннн внзкрованяя. ь! Распределение электронной концентрации и нмеет сложную структуру н' нзменяется в течение суток, от несяца к месяцу, с нзмененнем солнечной актявносгн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
