7. ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.1. Приемныеустройства наземныхрадиорелейныхлинийсвязи

Радиорелейные линии (РРЛ) широко используются в системах связи. В состав РРЛ прямой видимости входят две оконечные ретрансляционные станции и активные ретрансляционные промежуточные станции (рис. 7.1). Расстояние между промежуточными станциями составляет 10–70 км друг от друга. Диапазоны частот, в которых работают наземные РРЛ, составляют 2, 4, 6, 8, 11, 13, 18 ГГц и выше.

Рис. 7.1. Структурная схема наземной радиорелейной линии связи

При необходимости на промежуточных станциях может устанавливаться аппаратура выделения (АВ) сигналов части каналов РРЛ для обслуживания корреспондентов данной станции. На оконечных станциях устанавливается аппаратура частотного или временного уплотнения для передачи многоканальных сигналов по РРЛ. Частотное уплотнение каналов РРЛ реализуется с помощью однополосных сигналов поднесущих частот.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-268-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.1.Приемные устройства наземных радиорелейных линий связи

Рис. 7.2. Структурная схема промежуточной станции радиорелейной линии связи

Структурная схема промежуточной станции РРЛ приведена на рис. 7.2. Особенностью промежуточной станции является разнос частот принятой и переданной (fприн и fпер) на величину частоты сдвига fсдв. В приемном устройстве используется система АРУ для предотвращения искажений сигналов.

7.2.Тропосферныерадиорелейныелиниисвязи

Втропосферных радиорелейных линиях связи используется эффект дальнего тропосферного распространения УКВ. Соседние станции располагаются на расстоянии 100–800 км. Полосы частот располагаются в диапазонах 1,0; 2,0; 4,5 ГГц. Пропускная способность линии связи ограничена 60– 120 телефонными каналами.

Поскольку сигнал подвержен быстрым и медленным замираниям, то используются устройства для борьбы с мультипликативными помехами. Для повышения чувствительности применяются малошумящие СВЧ усилители и порогопонижающие устройства (устройства с обратной связью по частоте, следящие фильтры, устройства со следящим гетеродином и др.).

Косновным тенденциям совершенствования тропосферных радиорелейных линий относятся использование цифровых методов при высоких скоростях, использование новых систем борьбы с замираниями и искажениями (корреляционные приемники, адаптивные антенные решетки) и перспективная элементная база (микромодули и БИС и др.).

7.3.Приемныеустройствасистемспутниковойсвязи

Система спутниковой связи, если ее рассматривать как связь между двумя пунктами, по существу представляет модифицированную радиорелей-

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-269-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.3.Приемные устройства систем спутниковой связи

ную линию (РРЛ) связи из двух оконечных и одной промежуточной станций. Промежуточная станция в этом случае поднята на большую высоту и называется бортовым ретранслятором. Так же, как и промежуточная станция радиорелейной линии, бортовой ретранслятор предназначен для приема, усиления и передачи на следующую станцию принятого сигнала.

Для систем спутниковой связи вводится понятие ствола. Стволом системы спутниковой связи (стволом ретранслятора) называется приемопередающий тракт, в котором радиосигналы проходят через общие усилительные элементы (общий выходной каскад передатчика) в некоторой выделенной стволу общей полосе частот.

Бортовой ретранслятор – это приемопередающее устройство, устанавливаемое на искусственном спутнике земли (ИСЗ) и предназначенное для приема сигналов от передающей земной станции (одной или нескольких), их усиления и дальнейшей передачи в направлении приемной земной станции (одной или нескольких).

Бортовые ретрансляторы классифицируют следующим образом:

по типу преобразования частоты принимаемого радиосигнала в выходную частоту сигнала передачи;

по диапазону рабочих частот;

по числу стволов;

по виду обработки сигналов на борту.

Бортовые ретрансляторы бывают гетеродинные (основное усилие происходит на промежуточной частоте, ширина полосы ствола равна 35–40 МГц), линейные (основное усилие на СВЧ со сдвигом частоты, ширина полосы ствола равна 250 МГц) и ретрансляторы, где прием и передача ведутся со сдвигом во времени.

Структурные схемы различных бортовых ретрансляторов приведены на рис. 7.3, рис. 7.4, рис. 7.5.

Рис. 7.3. Структурная схема бортового ретранслятора гетеродинного типа

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-270-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.3.Приемные устройства систем спутниковой связи

Рис. 7.4. Структурная схема бортового ретранслятора с однократным преобразованием частоты

Рис. 7.5. Структурная схема бортового ретранслятора с демодуляцией (или обработкой) сигналов на борту (УИСС – устройство изменения структуры сигнала)

Шумовая температура бортового ретранслятора Тб определяется соотношением

Тб = Тз + Татм + в Ткосм + Тпр,

где Тз – эквивалентная температура Земли; Татм – эквивалентная температура шумов атмосферы (для антенн стационарных ИСЗ в диапазоне 1–20 ГГц изменяется в пределах 2–25°); Ткосм – эквивалентная температура космических шумов (зависит от области неба, в которую направлена антенна, может быть определена по специальным картам неба); в – коэффициент, определяющий факт приема космических шумов только боковыми лепестками (значение существенно меньше единицы); Тпр – шумовая температура приемника бортового ретранслятора.

Для фиксированной и радиовещательной спутниковых служб выделены полосы частот в диапазоне 0,62–27,5 ГГц. Наилучшими для систем связи через ИСЗ являются частоты в диапазоне 2–8 ГГц. Передача дискретных сигналов осуществляется с помощью фазовой манипуляции.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-271-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.3.Приемные устройства систем спутниковой связи

Рис. 7.6. Структурная схема радиоприемного устройства наземной станции

Обобщенная структурная схема радиоприемного устройства наземной станции изображена на рис. 7.6. Малошумящие транзисторные усилители (МШУ) (шумовые температуры 120–270 К) устанавливаются вблизи облучателя антенны. Число преобразователей частоты определяется числом принимаемых стволов.

На рис. 7.7 представлена структурная схема тракта промежуточной частоты и демодулятора для приемного устройства наземной станции

(рис. 7.6).

Как видим, схема принципиально не отличается от аналогичных схем тракта приемников РРЛ связи, работающих на прямой видимости.

Рис. 7.7. Структурная схема тракта промежуточной частоты и демодулятора радиоприемного устройства наземной станции (ФСИ – формирователь синхроимпульсов, КГВЗ – корректор группового времени запаздывания для

уменьшения нелинейных искажений)

К основным направлениям совершенствования систем спутниковой связи относятся:

использование для наземных станций и бортовых ретрансляторов более высоких частот с целью повышения пропускной способности;

повышение помехоустойчивости и надежности аппаратуры;

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-272-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.3.Приемные устройства систем спутниковой связи

обеспечение коммуникации сигналов на борту спутника;

реализация цифровых систем передачи информации.

7.4.Приемныеустройстваспутниковых

радионавигационныхсистем

Создание спутниковых радионавигационных систем (СРНС) второго поколения ГЛОНАСС (Россия) и GPS (США) стало одним из наиболее заметных и практически важных научно-технических достижений последнего двадцатилетия XX века.

При проектировании СРНС второго поколения были выбраны среднеорбитальные навигационные космические аппараты (НКА) с высотой орбиты порядка 20 тыс. км. Для GPS высота орбиты составляет 20180 км. При этом спутники GPS размещены в шести орбитальных плоскостях по четыре НКА в каждой. Период обращения НКА при такой высоте орбиты равен примерно

12 ч.

В структуре СРНС различают следующие подсистемы:

навигационных космических аппаратов (орбитальная группировка

НКА);

контроля и управления (контрольно-измерительный комплекс);

средств функциональных дополнений (дифференциальные подсис-

темы).

Назначение подсистемы навигационных космических аппаратов заключается в формировании и излучении жестко синхронизированных сигналов, которые используются потребителями для навигационных определений.

Излучение навигационных сигналов в системе ГЛОНАСС осуществляется в двух полосах частот: 1,25 и 1,6 ГГц.

Контрольно-измерительный комплекс служит для контроля функционирования бортовых систем и организации управления их работой.

Назначение аппаратуры потребителя (АП) состоит в приеме сигналов от НКА, измерении навигационных параметров, выделении служебной информации (временной поправки и др.) и решении задачи навигационновременного определения.

Навигационные сигналы НКА модулируются по фазе двумя видами псевдослучайных последовательностей: широкополосной (длительность символа 0,1 или 1 мкс), используемой в АП для дальномерных измерений и узкополосной (длительность символа 20 мкс), предназначенной для передачи потребителям навигационного сообщения (координаты НКА и др.).

В системе ГЛОНАСС для разделения сигналов различных НКА применяется частотный метод, при этом каждый из них использует пару литерных частот, одна из которых принадлежит диапазону L1 (1600 МГц), другая – диапазону L2 (1250 МГц). Сигнал в диапазоне L1 доступен для всех потреби-

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-273-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.4.Приемные устройства спутниковых радионавигационных систем

телей, а в диапазоне L2 – для решения специальных задач.

Сигнал, излучаемый в диапазоне L1, подвергается относительной фазовой манипуляции (ОФМ) на величину π двумя псевдослучайными последовательностями.

На момент создания системы ГЛОНАСС разделение сигналов частотным способом было оправдано рядом причин: во-первых, это то, что сигналы модулированы одной кодирующей последовательностью, что позволяет быстро входить в режим работы; во-вторых, то, что разнесение сигналов по частоте затрудняет радиопротиводействие системе; в-третьих, что взаимное влияние сигналов системы с частотным разделением бывает меньше, чем при кодовом.

Однако в настоящее время исследуется возможность второго варианта разделения сигналов – по кодовому признаку (применяемому в американской системе GPS), который обладает рядом достоинств. К ним можно отнести такие, как существенное уменьшение массогабаритных характеристик приемного и антенного блоков, повышение помехоустойчивости к узкополосным помехам, трансформируемым в процессе математической обработки (свертки) полезного сигнала в обычный шум, а также применение большого числа разработанных и эксплуатируемых алгоритмов цифровой обработки сигналов, которые не доступны по ряду причин при частотном разделении каналов.

В состав аппаратуры потребителя входят антенное устройство (антенна, блоки предварительного усилителя и управления антенной), приемное устройство (блоки преобразования и усиления, поиска сигналов, навигационных измерений и выделение навигационного сообщения, блок опорного генератора и синтезатора частот), вычислительное устройство (процессор и блок связей – интерфейс) и блок питания.

Типовая структурная схема обмена информацией между основными элементами АП приведена на рис. 7.8.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-274-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.4.Приемные устройства спутниковых радионавигационных систем

Рис. 7.8. Структурная схема аппаратуры потребителя

Для того чтобы следящие системы АП обеспечили измерение радионавигационного параметра с требуемой точностью, необходимо в начале каждого навигационного сеанса, а также в случае «срывов» слежения выполнить процедуру поиска сигнала в пространстве неизвестных параметров (задержки и частоты). Задержка принятого сигнала является одним из измеряемых параметров, она априори неизвестна. Аналогичная аппаратная неопределенность существует относительно доплеровского сдвига несущей частоты принятого сигнала. Структурная схема каналов поиска и слежения АП представлена на рис. 7.9.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-275-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.4.Приемные устройства спутниковых радионавигационных систем

Рис. 7.9. Структурная схема каналов поиска и слежения АП

Примером многофункционального радионавигационного комплекса может служить комплекс МРК-11, разработанный коллективом специалистов Сибирского федерального университета совместно с ФГУП НПО «Радиосвязь». Данный навигационный комплекс обеспечивает высокую точность топографической привязки (среднеквадратичная ошибка не более 15 м) и ориентирования (среднеквадратичная ошибка не более 6 мин).

Выводы

1. Необходимость эффективного использования полосы частот в ВЧ диапазоне привела к широкому внедрению систем уплотнения канала связи.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-276-

7.ОСОБЕННОСТИ УПИОС РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ

7.4.Приемные устройства спутниковых радионавигационных систем

Наиболее широкое применение нашли системы с частотным и временным уплотнением.

2.В настоящее время приемники АП СРНС строятся исключительно как многоканальные.

3.Современная АП оснащена высокопроизводительными процессорами, позволяющими полностью автоматизировать выполнение всех основных операций: поиска и обнаружения сигналов выбранного НКА, слежение за сигналами и измерение радионавигационных параметров, приема и декодирования служебной информации, учета различных поправок, решения основной навигационно-временной задачи и сопутствующих сервисных задач, контроля навигационных решений, контроля работоспособности аппаратуры

ит.д.

4.Решаемая в АП задача оценки вектора состояния потребителя может рассматриваться в виде единого алгоритма обнаружения-оценивания.

Устройства приема и обработки сигналов. Учеб. пособие

-277-