Главная
База знаний "Allbest"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Разработка перспективной системы радиосвязи в гражданской авиации
Разработка перспективной системы радиосвязи в гражданской авиации
Требования к средствам авиационной воздушной связи. Тип сигнала, обоснование рабочего диапазона частот. Дальность связи, количество каналов. Функциональная схема генератора опорной псевдослучайной последовательности. Анализ эффективности разработки.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 25.07.2011 |
| Размер файла | 274,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Модем обеспечивает модуляцию передаваемого и демодуляцию принимаемого сигналов и одновременное кодирование и декодирование их внутренним кодом. В каждом импульсе, состоящем из 32-х подъимпульсов, содержится одно кодовое слово. Декодер настроен на возможные комбинации этого слова и при демодуляции выявляет в принятом сообщении ошибки, если они произошли. Модем также производит синхронизацию сигнала. Обеспечивая сигнальную синхронизацию, он обеспечивает согласование и поддержание в заданных пределах временные шкалы приемника абонента со временем прихода сигнала во время сеанса связи, а в отдельных случаях и между сеансами связи,
поскольку всегда имеется погрешность времени прихода сигналов, связанная с временем распространения радиоволн между абонентами и их относительного движения.
Кодек производит кодирование и декодирование сообщений внешним кодом. Например, при демодуляции находит ошибку, ее позицию в принятом сообщении, значение ошибки и производит ее исправление.
Модуль управления по командам с канального процессора управляет всеми процессами, протекающими в блоках терминала.
Канальный процессор организует в сети работу, задает формат сообщений, организует системную синхронизацию, подтверждает прием сообщений. Системная синхронизация обеспечивает первоначальный вход абонента в систему (установку системного времени), хранение системного
времени, а при необходимости его коррекцию в процессе работы. В качестве сигналов входа в сеть используется последовательность синхронизирующих импульсов.
Терминальный процессор имеет в своем составе дополнительные модули, позволяющие расширить функции системы связи.
Одним из основных функциональных узлов терминала является генератор опорной псевдослучайной последовательности, который выдает на канальный процессор непрерывный поток импульсов, из которых формируется сообщение. Частота заполнения импульсов изменяется от импульса к импульсу по псевдослучайному закону. Каждый импульс излучается в интервале события, который характеризуется кодовым словом, т.е. генератор опорной псевдослучайной последовательности выдает поток кодовых слов. Для каждого события определено свое кодовое слово.
Каждое слово содержит следующие параметры:
код частоты;
код внутреннего заполнения импульса;
номер интервала события.
Кодовое слово определяется параметрами сигнала и канала. В проектируемой системе связи предлагается использовать распределенное временное разделение каналов.
Блок контроля осуществляет функциональный контроль терминала.
Высокочастотный переключатель предназначен для переключения антенны на прием или передачу по команде канального процессора.
Синхронизатор и блок единого времени и частоты предназначены для того, чтобы создать разделение каналов, т.е. создают доступ пользователей к информационному банку в определенный интервал времени.
Управление сетью осуществляется терминалом наземной станции, установленной на диспетчерском пункте, поэтому блок единого времени и частоты предназначен для создания временной шкалы, а также для определения порядка использования временных интервалов.
Точная синхронизации всей системы осуществляется за счет высокостабильного эталона частоты.
2.3 Разработка функциональной схемы генератора опорной псевдослучайной последовательности
2.3.1 Обоснование алгоритма работы генератора опорной ПСП
ГОПСП, как видно из анализа структурной схемы терминала проектируемой системы связи, является одним из основных функциональных устройств, так как именно от его характеристик зависят информационные характеристики системы.
Генератор псевдослучайной последовательности лежит в основе формирования широкополосного сигнала. Генератор ПСП предназначен для выдачи непрерывного потока импульсов, из которых формируется сообщение. Частота заполнения импульсов изменяется по псевдослучайному закону. Каждый импульс излучается в интервале события, которое характеризуется кодовым словом.
Кодовое слово содержит следующие параметры: код частоты, код внутреннего заполнения, номер интервала события.
Формирование ПСП на практике достаточно просто осуществить с помощью так называемых регистров сдвига, представляющих собой устройства для запоминания многоразрядного двоичного числа. На рис.5.1 представлена схема трехкаскадного регистра, включающего три триггерные ячейки, генератор тактовых импульсов (ГТИ) и сумматор по модулю 2.
Каждая триггерная ячейка имеет два устойчивых состояния - "О" и "1". Скорость сдвига соответствует частоте следования тактовых импульсов.
Рис.2.2 Схема трехкаскадного регистра
Каждым сдвигающим импульсом от ГТИ состояния первого и второго каскадов сдвигаются во второй и в третий соответственно. Складываясь по модулю 2 информация второго и третьего каскадов поступает на вход первого. Выходной сигнал представляет собой последовательность состояний последнего каскада. Длительности всех импульсов одинаковы и определяются параметрами триггерной ячейки. Число ячеек можно увеличивать, а к сумматору можно подключать выходы любых ячеек. Переключение каскадов, на которые включена обратная связь меняет выходную последовательность и используется для смены выходной последовательности кода.
Максимальное число двоичных единиц определяется по формуле
m = 2n-l, где n - число триггерных ячеек.
Данная формула характеризует максимальную длину кода, которая получается при применении триггерных ячеек к сумматору по модулю 2.
Из приведенного примера ясно, что последовательность символов может быть достаточно длинной даже при сравнительно небольшом количестве сдвигающих ячеек.
Последовательность символов {ак}, вырабатываемая регистром сдвига, на котором построен генератор линейных кодовых последовательностей, удовлетворяет рекуррентному правилу
с0ак = с1ак - 1 + с2ак-2 +…+смак-м = f (ак-1,…ак-м),
где значения символов последовательности ак, так же как и значения коэффициентов ск принадлежат алфавиту G = (0,1), а операция сложения и умножения производится по модулю 2; м - называется памятью последовательности.
На рис.2.3 представлена функциональная схема генератора, построенного по данному рекуррентному правилу. Генератор представляет собой регистр сдвига с линейными обратными связями и формирующий линейную кодовую последовательность.
Следует отметить, что линейные кодовые последовательности имеют Явственный недостаток, заключающийся в низкой структурной скрытности.
Более высокую структурную скрытность имеют нелинейные последовательности, воспроизведение структуры которых невозможно в шейных генераторах.
Нелинейные кодовые последовательности формируются регистрами сдвига с нелинейными обратными связями. Нелинейные кодовые последовательности с периодом 2m получили название полных кодовых колец.
ТИ
Рис.2.3 Функциональная схема генератора
Полные кодовые кольца отличаются тем, что на их основе можно сформировать ансамбль биортогональных последовательностей, применяемых при многопозиционном кодировании информации.
Нелинейные последовательности могут быть получены на регистре сдвига с нелинейными обратными связями. Наибольшее применение нашли последовательности, удовлетворяющие соотношению
ак = f (aк-1, ак-2,., ак-m),
где ак-к-й член последовательности; f () - нелинейная булева функция.
В частном случае функцию f () можно записать в следующем виде
f (a1,a2,., am) =f' (a1, а2,., am) +a2a3,.,am,
где f' () - функция обратной связи регистра сдвига, вырабатывающего М - последовательность.
На рис.2.4 приведена в качестве примера схема реализации четырехразрядного генератора ПСП, являющейся полным кодовым кольцом.
Рис.2.4 Схема четырехразрядного генератора ПСП
Линейная обратная связь обеспечивается сложением по модулю 2 выходов третьего и четвертого разрядов регистра сдвига. Особенностью линейного генератора является недопустимость нахождения всех его разрядов в нулевом состоянии. Нелинейная обратная связь организуется схемой И, подключенной к единичным выходам первых трех регистров сдвига. Выход схемы И складывается по модулю 2 с выходом линейной обратной связи. Нелинейная обратная связь допускает нахождение всех его разрядов в нулевом состоянии и обеспечивает выход генератора из него.
Число формируемых последовательностей с периодом 2m определяется выражением
Недостатком таких генераторов является то, что выходы разрядов регистра сдвига жестко закреплены к схемам линейной и нелинейной обратных связей.
Учитывая отмеченные достоинства и недостатки известных генераторов ПСП, обоснуем структурную схему и алгоритм работы разрабатываемого генератора ПСП.
Во-первых, генератор ПСП должен быть реализован на регистре сдвига, состоящем из 49 разрядов. Это обусловлено тем, что генератор опорной ПСП выдает поток кодовых слов, каждое из которых содержит параметры, рассмотренные ранее.
Во-вторых, в разрабатываемом генераторе не должно быть жесткого закрепления разрядов регистра сдвига к схемам линейной и нелинейной обратных связей, что позволит оперативно изменять вид формируемой ПСП.
В-третьих, ПСП должна сниматься со всех разрядов генератора параллельно.
Учитывая все перечисленные свойства, предложена структурная схема генератора ПСП, представленная на рис.2.5.
В состав генератора входят:
регистр сдвига;
схема нелинейной обратной связи (НОС), в которую входят коммутатор НОС и схема совпадения;
схема линейной обратной связи (ЛОС), в которую входят коммутатор ЛОС и сумматор по модулю 2.
Рис.2.5 Структурная схема проектируемого генератора опорной ПСП
2.3.2 Обоснование функциональной схемы генератора
На основе рассмотренного в п.5.1 алгоритма работы генератора ПСП и его структурной схемы в ходе дипломного проектирования была разработана функциональная схема генератора опорной ПСП, представленная на рис.5.5 В состав функциональной схемы входят следующие узлы:
1.49-разрядный регистр сдвига, который построен на основе регистров сдвига с последовательной записью и параллельным считыванием информации.
2. Схема НОС, которая состоит из коммутаторов НОС и многовходовой схемы И. Всего в схеме НОС задействовано 48 коммутаторов. Коммутаторы пропускают сигналы тогда, когда на один из входов поступает управляющий сигнал, а на другой вход поступает значение, записанное в разряде регистра сдвига, к которому подключен данный коммутатор. Если управляющий сигнал не поступает, то данный коммутатор будет закрыт. Подключение коммутаторов происходит в соответствии с определенным алгоритмом.
В схеме И происходит логическое умножение цифровых сигналов, поступающих с выходов коммутаторов.
3. Схема ЛОС, в состав которой входят коммутаторы ЛОС и сумматоры по модулю 2. Коммутаторы выполняют такие же функции, что и коммутаторы в схеме НОС, только к их выходам подключаются сумматоры по модулю 2. Всего в схеме 49 таких коммутатора.
Выходы схем ЛОС и НОС складываются по модулю 2, а выходной сигнал, являющийся результатом этого сложения, поступает на вход первого разряда регистра сдвига.
Таким образом происходит формирование опорной ПСП. На рис.2.6 показаны временные диаграммы, поясняющие работу функциональной схемы.
Рис.2.6 Временные диаграммы работы генератора ПСП
2.4 Разработка принципиальной схемы генератора опорной псевдослучайной последовательности
2.4.1 Выбор элементной базы
Требования, предъявляемые к современному РЭО, являются определяющими при разработке новых систем. Это требования к массе, габаритам, надежности, энергопотреблению, быстродействию. Удовлетворения всех этих требований в процессе разработки и изготовления нового РЭО можно добиться путем широкого использования интегральных микросхем (ИМС).
При разработке генератора ПСП применялись цифровые ИМС.
На практике применяются ИМС, использующие несколько отличающихся друг от друга принципов. Наиболее быстродействующие ИМС построены на основе элементов эмиттерно-связной логики (ЭСЛ). Однако такие микросхемы потребляют достаточно большую мощность и имеют низкую помехоустойчивость. Учитывая эти особенности ИМС ЭСЛ, их практическое применение ограничивается устройствами очень высокого быстродействия. ИМС с транзисторно-транзисторной логикой и непосредственными связями (ТЛНС) на комплиментарных МДП-транзисторах (КМДП) имеют низкое быстродействие, но при этом и низкое энергопотребление.
Наибольшее применение находят ИМС на основе транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) и ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ). Эти ИМС характеризуются достаточно низким энергопотреблением, достаточно высоким быстродействием, высокой помехоустойчивостью. Именно поэтому при разработке генератора опорной ПСП были использованы ИМС с ТТЛШ логикой. При выборе серии ИМС были отобраны ИМС серии 1533, имеющие высокое быстродействие и малое энергопотребление по сравнению с другими сериями ИМС с этой логикой.
Маломощные быстродействующие интегральные микросхемы серии 1533 предназначены для организации высокоскоростного обмена и обработки цифровой информации, временного, электрического согласования сигналов в вычислительных системах. Микросхемы серии 1533 по сравнению с другими
известными сериями логических ТТЛ микросхем обладают минимальным значением произведения быстродействия на рассеиваемую мощность. Сочетание высокого быстродействия и малой потребляемой мощности позволяет создавать на микросхемах серии 1533 вычислительные устройства и устройства цифровой автоматики с качественно новыми характеристиками и высокими технико-экономическими показателями.
Конструктивно микросхемы серии 1533 выполнены в 14-, 16-, 20-, 24-выводных стандартных пластмассовых корпусах типа 201.14-1, 238.16-1, 2140.20-8, 2142.24-2.
2.4.2 Расчет принципиальной схемы
В разработанной схеме генератора опорной ПСП имеются следующие функциональные узлы:
регистр сдвига;
инверторы;
схема линейной обратной связи (ЛОС);
схема нелинейной обратной связи (НОС).
Для реализации 49-разрядного регистра сдвига были применены ИМС серии 1533 ИР8. Эти ИМС представляют собой регистр сдвига с прямым направлением сдвига, имеющий один вход и восемь выходов и относятся к регистрам с последовательной системой записи и параллельной системой считывания информации. Для реализации необходимого количества разрядов достаточно иметь цепочку из последовательно соединенных регистров. В нашем случае необходимо иметь 7 ИМС серии 1533 ИР8. При этом у последнего регистра используется только один выход - Q0.
Схема ЛОС построена на основе коммутаторов ЛОС и сумматоров по модулю 2. В качестве коммутаторов предложено применить ИМС серии 1533 ЛИ2. В состав такой ИМС входят четыре логических элемента, выполняющих функцию конъюнкции. Для реализации ЛОС необходимо использовать 13 таких ИМС. В качестве сумматоров по модулю 2 были использованы ИМС серии 1533 ЛП5, содержащие четыре двухвходовых сумматора по модулю 2 - логических элементов "исключающее ИЛИ". В разрабатываемом устройстве используются 13 таких микросхем.
Схема НОС построена на основе коммутаторов НОС и схемы совпадения. Коммутаторы построены на ИМС серии 1533 ЛИ2. В схеме используется 12 таких ИМС. Схема совпадения построена на ИМС серии 1533 ЛИЗ, содержащих по три элемента, выполняющих операции конъюнкции и имеющих по 3 входа. В схеме использовано 9 ИМС этой серии.
Так как на схему НОС значения, записанные в регистре сдвига, должны поступать с инверсных выходов, а у регистра сдвига, реализованного на ИМС 1533 ИР8, имеются только прямые выходы, то необходимо между регистрами сдвига и схемой НОС ставить инверторы. В качестве инверторов были использованы ИМС серии 1533 ЛН1, содержащее по 6 логических элементов "НЕ". В схеме всего применено 9 ИМС данной серии.
Таким образом, для схемной реализации разработанного генератора опорной ПСП использованы 63 ИМС серии 1533.
Питание всех ИМС осуществляется от источника постоянного тока напряжением +5 В.
Не использованные информационные выходы ИМС необходимо подключить через сопротивление 1 кОм к источнику питания. На одно сопротивление допускается нагружать до 20 выводов. Это необходимо делать для того, чтобы не возникало паразитных емкостей.
2.4.3 Работа принципиальной схемы
Исходное состояние генератора ПСП - все разряды регистра сдвига, собранного на ИМС 1533 ИР8 (на схеме DD1. DD7) обнулены. Для его приведения в рабочее состояние необходимо задействовать схему НОС. Для этого, в соответствии с алгоритмом работы, заложенным в устройство управления и обработки сигнала, на коммутаторы НОС, собранные на ИМС 1533 ЛИ2 (DD14. DD26), поступают управляющие сигналы двоичного кода. На другие входы коммутаторов, через инверторы 1533 ЛН1 (DD8. DD16), поступают значения, записанные в соответствующих разрядах регистра сдвига. Так как все разряды регистра сдвига обнулены, то на вход схемы НОС будут поступать логические "1".
Коммутаторы НОС представляют собой двухвходовые схемы "И" и пропускают на выход "1", если на оба входа будут поступать "1". Нелинейная обратная связь организуется схемой "И" 1533 ЛИЗ, представляющей собой трехвходовую схему "И". На выходе такой схемы будет "1", если на все три ее входа поступают "1". На входы этой схемы поступают "1" с единичных выходов коммутаторов НОС 1533 ЛИ2 (DD14. DD38).
Для того, чтобы вывести регистр сдвига 1533 ИР8 (DD1. DD7) из нулевого состояния, необходимо на выходе схемы "И" 1533 ЛИ2 (DD14. DD26) получить "1", которая поступает на вход сумматора по модулю 2 1533 ЛП5 (DD39. DD47). На другой вход этого сумматора поступает "О" с выхода схемы ЛОС, которая состоит из коммутаторов ЛОС 1533ЛИ2 (DD27. DD38) и сумматоров по модулю 2 1533 ЛП5 (DD54 - DD57). В результате сложения по модулю 2 в сумматоре 1533 ЛП5 DD57, на его выходе появляется "1", которая поступает на вход регистра сдвига 1533 ИР8 (DD1. DD7). В результате этого на вход регистра сдвига поступает "1". Происходит сдвиг регистра, т.е. сдвиг числа, записанного в регистре сдвига, на один разряд вправо.
После прихода на вход регистра сдвига очередного импульса, следующего с тактовой частотой, происходит очередной сдвиг числа, записанного в регистре.
Опорная ПСП формируется путем сложения по модулю 2 значений, записанных в определенных, выбранных на очередной такт работы, разрядах регистра. Порядок подключения выходов регистра сдвига DD1. DD7 к схемам ЛОС и НОС, как отмечалось выше, определяется по специальному алгоритму формирования опорной ПСП. Формирование каждой очередной последовательности должно быть закончено не позднее, чем через 12,8 мкс после поступления очередного импульса, следующего с тактовой частотой. Каждая, полученная в результате работы генератора ПСП, последовательность снимается параллельно со всех разрядов Qo--. Q49 регистра сдвига. Далее она поступает в балансный модулятор, где используется для кодирования формируемого для передачи сигнала, и в демодулятор, где используется для получения информационного сообщения из принятого сигнала.
3. Техническая эксплуатация
3.1 Расчет энергопотребления
Для реализации генератора ПСП согласно разработанной принципиальной схемы были использованы следующие ИМС (табл.3.1).
Таблица 3.1
|
Тип ИМС |
Количество |
Iпотр. мах. мА |
Рпотр. мах. мВт |
tзад мах. нс |
|
|
1533ИР8 |
7 |
32,6 |
163 |
13,5 |
|
|
1533ЛИ2 |
13 |
5,4 |
27. |
8,4 |
|
|
1533ЛИЗ |
6 |
1,32 |
20 |
10,1 |
|
|
1533ЛН1 |
5 |
1,32 |
20 |
13,5 |
|
|
1533ЛП5 |
7 |
2 |
30 |
12,6 |
Так как питание на все ИМС подается параллельно, то максимальный ток, потребляемый генератором ПСП, определяется как сумма
где:
?Iпотр. мах. рсi - максимальный потребляемый ток регистром сдвига;
?Iпотр. мах. кi - максимальный потребляемый ток коммутаторами;
?Iпотр. мах. +i - максимальный потребляемый ток сумматорами по модулю 2;
?Iпотр. мах. Иi - максимальный потребляемый ток инверторами
?Iпотр. мах. ссi - максимальный потребляемый ток схемами совпадения.
Воспользовавшись данными табл.3.1, получим
?Iпотр. мах. = 4•32,6 + 13•5,4 + 5•1,32 + 5•1,32 + 7•2=130,4 + 70,2 + 113,2 + 14 - 327,8 мА
Зная потребляемый схемой ток, определим потребляемую генератором ПСП мощность Рпотр по формуле
Рпотр=U•Iпотр. мах. сх
где U - напряжение источника питания, в нашем случае +5В.
После подстановки значений получим Рпотр. =1,64Вт.
3.2 Расчет быстродействия
При расчете быстродействия разработанного генератора ПСП необходимо учитывать, что сумматоры по модулю 2 соединены последовательно, поэтому максимальное быстродействие будет определяться временем задержки сигналов в цепочке сумматоров. Самая большая цепочка состоит из четырех сумматоров по модулю 2. Тогда общее время задержки в цепочке будет определяться по формуле
Поскольку =12,6 нс, =4, то получим
Коммутаторы осуществляют коммутацию одновременно, поэтому для расчета необходимо взять время задержки одного коммутатора
Время задержки последовательно соединенных сдвиговых регистров складывается из задержки каждого из них
Поскольку , то получим
Время задержки последовательно соединенных ИМС, выполняющих логическое умножение, будет определяться суммарным временем задержки в цепочке этих ИМС согласно выражению
где - количество логических устройств
Самая большая цепочка содержит 4 ИМС, следовательно, суммарное время задержки
Время задержки сигнала на инверторах определяется временем задержки на одном инверторе
Общее время задержки после прихода одного импульса, следующего с тактовой частотой, составит
Формирование ПСП происходит за 49 тактов работы генератора. Следовательно общее время, затрачиваемое схемой генератора на формирование ПСП составит
3.3 Расчет надежности
Надежность является одной из основных технико-эксплуатационных характеристик разрабатываемого устройства. Расчет надежности производится с целью оценки достигнутых при проектировании показателей надежности и сравнения их с заданными. При расчете надежности разработанного генератора ПСП будем рассматривать такие показатели надежности, как вероятность безотказной работы РБР генератора и интенсивность отказов л,. Зададим условие, что вероятность безотказной работы проектируемой системы связи в условиях выполнения интенсивных полетов на интервале времени ф=100 час при средней наработке на отказ Тср=1000 час, не должна быть хуже 0,95. Определим допустимое значение интенсивности отказов проектируемого генератора ПСП, исходя из заданной вероятности безотказной работы
где .
После выполнения расчетов получим
Допустимая интенсивность отказов разработанного генератора определяется формулой
(3.1)
Примем, что Qгенер = 0,1, т.е.10% всех отказов терминала системы связи происходит по причине генератора опорной ПСП.
Тогда после подстановки в (3.1) получим
Допустимая вероятность безоказной работы генератора определяется по формуле
Подставляя известные значения, получим при ф=100 час
Интенсивность отказов генератора ПСП, разработанного в дипломном проекте, можно определить по формуле
где лi - интенсивность отказов элемента I-того типа; m - число различных групп элементов; n - количество элементов I - того типа.
В табл.3.2 приведены интенсивности отказов для типов элементов, на основе которых реализована принципиальная схема генератора ПСП.
Таблица 3.2
|
Тип элемента |
ni |
лi?10-51/ч. |
ni лi?10-51/ч. |
|
|
Микросхемы |
34 |
0,05 |
1,7 |
|
|
Резистор |
1 |
0,005 |
0,005 |
|
|
Соединения пайкой |
480 |
0,001 |
0,48 |
На основании приведенных в таблице данных по формуле (7.2) вычислим интенсивность отказов генератора ПСП
На основании полученного значения для интенсивности отказов генератора найдем величину Рген
где ,
После вычислений, получим Рген = 0,9959.
Сравнив полученные значения интенсивности отказов и вероятности безотказной работы с допустимыми, отметим, что
Таким образом, можно сделать вывод, что разработанный генератор удовлетворяет требованиям по надежности.
3.4 Анализ эффективности разработанного генератора ПСП
Эффективность любого изделия РЭО зависит от ряда факторов. Одним из таких факторов является помехозащищенность, т.е. способность изделия сохранять свою работоспособность и качество работы при воздействии естественных и искусственных помех. Это достигается возможностью создания с помощью генератора ПСП по возможности большего ансамбля используемых сигналов с возможностью достаточно легко изменять их форму, что обеспечит высокую структурную скрытность. Количественной мерой структурной скрытности является вероятность раскрытия структуры сигнала Рстр при условии, что сигнал обнаружен.
Эффективность разработанного генератора рассмотрим, анализируя эффективность уже известных генераторов, которые были рассмотрены в п.5.1.
Сначала оценим эффективность линейного генератора.
Такой генератор формирует не повторяющуюся комбинацию из L=2k-l символов, где к - число разрядов регистра сдвига.
Для определения структурной скрытности необходимо знать количество Q различных не повторяющихся последовательностей, т.е. количество различных правил кодообразования, по которым они могут быть сформированы. Это количество, в зависимости от к, определяется выражением
(3.3)
где - функция Эйлера (количество чисел в ряду 1, 2, 3,., N-1, взаимно простых с числом N; N = Pk - 1).
Если N - простое число, то = N - 1.
Для нашего случая к=49. Будем считать, что N = 249 - 1 простое число
Тогда, согласно формуле (3.3)
Вероятность раскрытия структуры сигнала определяется по формуле
Несмотря на столь значительный ансамбль различных ПСП или возможных алгоритмов работы, этот генератор не обладает значительной скрытностью, так как для раскрытия алгоритма его работы достаточно проанализировать последовательно 2к символов ПСП, вырабатываемой генератором. В данном случае эта информация будет содержаться в параметрах двух последовательно излученных последовательностей импульсов
Следовательно, генератор ПСП с ЛОС практически не обладает структурной скрытностью, так как алгоритмы функционирования линейных ПСП широко известны. Таким образом полученное значение для Рстр. лос является нижней границей вероятности раскрытия при очень малых отношениях сигнал-шум. Верхняя граница будет зависеть от отношения сигнал-шум и при больших значениях близка к 1.
Лучшей структурной скрытностью обладает генератор ПСП с НОС. У такого генератора НОС жестко закреплены к выходам разрядов регистра сдвига. Количество не повторяющихся последовательностей, формируемых таким генератором, определяется формулой
где к=49, и, следовательно
В соответствии с этим вероятность раскрытия структуры сигнала будет определятся как
Из полученных результатов видно, что вероятность раскрытия структуры последовательности, формируемой таким генератором, значительно меньше, чем у линейных последовательностей. Поскольку алгоритмы формирования таких последовательностей также широко известны, то полученное значение для Pop нос является нижней границей вероятности раскрытия структуры сигнала, а верхняя граница будет зависеть от отношения сигнал/шум и при больших значениях будет такой же, как и у линейных последовательностей, т.е. близкой к 1.
Рассмотрим эффективность разработанного генератора ПСП. В данном генераторе увеличение числа не повторяющихся последовательностей достигается за счет применения НОС, которая не жестко закреплена к выходам регистра сдвига. В НОС задействованы все разряды регистра сдвига, кроме последнего. Их подключение происходит определенным образом согласно алгоритму формирования сигнала. В результате получается большое количество возможных последовательностей, определяемое формулой
(3.4)
где k - количество разрядов регистра сдвига, k =49; i - количество разрядов, образующих HOC, i = (1,2,3,.48);
Qнос - количество неповторяющихся последовательностей, которые формируются генератором с НОС.
Подставив в формулу (7.4) и , получим следующее количество формируемых генератором ПСП неповторяющихся последовательностей
Отсюда вероятность раскрытия структуры сигнала будет равна
Достижение такой структурной скрытности стало возможным за счет применения алгоритма функционирования, отличающегося от алгоритмов функционирования известных генераторов ПСП. Следовательно, полученное значение для Рстр. р. г. будет определять как верхнюю, так и нижнюю границы вероятности раскрытия структуры сигнала.
Таким образом, применение разработанного генератора опорной ПСД в проектируемой системе связи делает применяемый сигнал практически полностью недоступным для несанкционированного использования.
3.5 Разработка инструкции по технической эксплуатации
Инструкция по технической эксплуатации определяет объем, порядок и технологию выполнения проверок, необходимых регулировок терминала проектируемой системы связи, а также содержит указания по использованию одиночного и группового комплекта ЗИП и сведения об особенностях эксплуатации в условиях, отличных от нормальных.
В процессе обслуживания терминала категорически запрещается отсоединять кабели, снимать кожухи с блоков, заменять предохранители, сигнальные и индикаторные лампы, подключать измерительные приборы при включенном электропитании.
Обслуживание изделия включает работы по проверке его параметров перед установкой на диспетчерском пункте, после установки, проверки и осмотры при выполнении установленных форм обслуживания, работы по замене неисправных узлов и блоков.
Проверка включает в себя:
включение;
проверку работоспособности с помощью встроенной системы контроля;
проверку работоспособности с помощью тест-контроля.
проверку работоспособности путем установления двухсторонней связи с самолетным терминалом.
Встроенная система контроля осуществляет общий контроль функционирования блоков и основных функциональных узлов изделия после включения.
При тестовом контроле оценивается исправность всех блоков изделия. Он осуществляется переводом изделия в данный режим работы вручную диспетчером.
Проверка работоспособности путем установления двухсторонней связи позволяет оценить качество и оперативность связи.
5. Безопасность и экологичность
5.1 Охрана труда
Одним из неотъемлемых компонентов в обеспечении воздушного движения является система УВД, включающая в себя совокупность технических средств УВД, навигации, посадки и связи. Условия эксплуатации технических средств УВД, навигации, посадки и связи требуют высокой квалификации, ответственности и внимания обслуживающих их специалистов.
Служба ЭРТОС обеспечивает бесперебойную работу наземных средств радиолокации, радионавигации и связи, которыми в больших количествах насыщены современные аэропорты. Она является одним из важнейших подразделений в составе служб аэропортов, поскольку именно грамотное, своевременное техническое обслуживание данных средств и оперативность работы персонала ЭРТОС в существенной мере определяют безопасность воздушного движения.
Известно, что любое радиолокационное, радионавигационное оборудование и средства связи являются источниками электромагнитного излучения (ЭМИ) радиочастотного диапазона, эксплуатация которого сопряжена с риском для здоровья человека. Наличие сопутствующих неблагоприятных факторов производственной среды и трудового процесса также может привести к ухудшению здоровья работающих. Вместе с тем, не вызывает сомнений то факт, что условия труда основных структурных подразделений службы ЭРТОС отличаются большим своеобразием. Последнее обусловлено наличием на рабочих местах целого комплекса неблагоприятных факторов производственной среды и трудового процесса, создаваемых как обслуживаемыми радиотехническими средствами (электромагнитные излучения (ЭМИ) прежде всего СВЧ диапазона, а также ВЧ, УВЧ и промышленной частоты 50 Гц, шум, микроклиматические параметры и др.), так и собственно характером выполняемой работы (высокий уровень напряженности труда, связанный с большой ответственностью за обеспечение безопасности полетов).
Результаты гигиенических исследований свидетельствуют о том, что персонал службы ЭРТОС в процессе осуществления своей трудовой деятельности подвергается воздействию целого комплекса факторов производственной среды и трудового процесса. Ведущими среди физических факторов являются ЭМП широкого диапазона частот, а также шум и для ряда подразделений вибрация. Кроме того, для персонала, обслуживающего системы локации, навигации и связи важную роль играют микроклиматические параметры, особенно учитывая, что часть работ они проводят вне помещения на открытых территориях. Высокая личная ответственность за обеспечение безопасности полетов является дополнительным важным стрессирующим фактором
5.1.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
Основополагающими для сложного и достаточно емкого производственного процесса - технического обслуживания средств и систем авиационной радиосвязи аэропортов, в том числе и средств воздушной УКВ радиосвязи, являются отраслевые стандарты (ОСТ), которые конкретизируют требования безопасности при техническом обслуживании основных элементов и систем оборудования. В них сформулированы опасные и вредные производственные факторы, которые могут воздействовать на инженерно-технический персонал при выполнении технического обслуживания объектов наземного оборудования.
Разработанный в данном проекте терминал обладает достаточно высокой степенью безопасности, так как при его проектировании учитывались рекомендации для систем авиационного РЭО. При этом была применена современная элементная база, в том числе и в интегральном исполнении, а также схемотехнические решения, достаточно широко используемые и хорошо зарекомендовавшие себя на практике. Вместе с этим в составе терминала имеются функциональные узлы, представляющие собой определенную опасность с точки зрения возможности поражения электрическим током или электромагнитным полем высокой частоты.
Для предотвращения возникновения травм и профессиональных заболеваний, типичных для авиапредприятия, должен соблюдаться безопасный производственный процесс. Безопасность производственного процесса - это свойство производственного процесса сохранять соответствие требованиям безопасности труда в условиях, установленных нормативно-технической документацией.
К техническим причинам возникновения травм и профессиональных заболеваний относятся случаи, связанные с наличием в технологических процессах технического обслуживания и ремонта объектов радиоэлектронной аппаратуры отдельных опасных и вредных производственных факторов. Эти факторы возникают и проявляются в результате конструктивных недостатков производственных процессов и производственного оборудования (например, неудовлетворительное состояние предохранительных устройств, предотвращающих опасность применения неисправного оборудования, инструментов и приспособлений).
К организационным причинам относятся:
· неудовлетворительная организация труда на рабочих местах;
· неудовлетворительная организация контроля за соблюдением правил
· техники безопасности;
· нерациональное размещение производственного оборудования;
· неудовлетворительная организация цехового инструментального хозяйства;
· некачественный инструктаж на рабочем месте;
· несоблюдение инструкции по безопасному выполнению технологических процессов и использованию производственного оборудования и т.д.
При обслуживании проектируемого терминала к опасным и вредным производственным факторам согласно ГОСТ 12.0.003-74 и ОСТ 54 71001-82 следует отнести:
· повышенный уровень напряжения в электрических цепях передатчика, замыкание которых может произойти через тело человека;
· повышенная или пониженная температура, влажность в зоне технического обслуживания блоков терминала;
· недостаточная освещенность рабочей зоны при обслуживании узлов и блоков, ограниченные объемы помещения в месте размещения блоков.
Эксплуатация терминала и его ремонт должны осуществляться инженерно-техническим составом службы ЭРТОС, имеющим специальную подготовку и допуск (сертификат) к работе на данном виде техники, прошедшем инструктаж по охране труда. Порядок проведения инструктажа на авиапредприятиях регламентирован ГОСТ 12.0.004-90.
Обслуживание терминала должно производиться в соответствии с руководящими документами, регламентирующими порядок эксплуатации средств радиотехнического обеспечения полетов.
Проектируемая перспективная система радиосвязи работает в верхней части диапазона частот, выделенного для средств УКВ радиосвязи ГА (950 - 1015 МГц), причем передатчик наземного терминала обладает достаточно высокой мощностью. Поэтому при техническом обслуживании антенной системы необходимо предусматривать меры защиты обслуживающего персонала от длительного воздействия электромагнитного излучения.
Воздействие электромагнитного излучения на организм человека проявляется в виде теплового эффекта, что повышает температуру тела и приводит к местному перегреву отдельных его участков и органов.
Длительное систематическое воздействие электромагнитных полей радиочастот на организм человека может привести к функциональным расстройствам в центральной нервной системе, что выражается в жалобах на головную боль, нарушении сна, повышенной утомляемости.
Среди технических мер защиты от воздействия радиоизлучений наиболее широко распространен метод защиты расстоянием, т.е. организацией зон, обеспечивающих безопасное нахождение за их пределами обслуживающего персонала и населения.
Предельно допустимые значения интенсивности облучения на рабочих местах персонала, осуществляющего работы с источниками электромагнитных полей в диапазонах частот 60 кГц - 300 ГГц, установлены производственными стандартами ГОСТ 12.1.006-84.
Предельно допустимые значения плотности потока энергии высокочастотного электромагнитного поля в диапазоне частот 300 МГц - 300 ГГц определяются исходя из допустимой энергетической нагрузки на организм с учетом времени воздействия согласно выражению = vЭТ, где vэ - суммарный поток энергии; Т - время действия в часах.
Нормативно предельно допустимая энергетическая нагрузка для разработанного устройства равна 0,75 Вт ч/м.
5.1.2 Мероприятия по технике безопасности
Предотвращение поражения электрическим током осуществляется с помощью следующих мероприятий:
· соединение блоков терминала с шиной заземления;
· блок передатчика терминала, помимо защитного кожуха, имеет дополнительную крышку с надписью "Опасно! Высокое напряжение", предотвращающей случайное прикосновение к токоведущим частям;
· печатные платы покрыты лаком ЭП-730, создающим изоляционную пленку.
· изделие защищено по питанию 220 В 50 Гц и 27 В предохранителями типа СП-1.
При длительной непрерывной работе элементов схемы, прежде всего передающей части, возможен их значительный нагрев, что может привести к возгоранию.
Для нормальной и безопасной работы узлов и блоков терминала предназначена система их принудительного охлаждения потоком воздуха.
В процессе работы, особенно в условиях пониженной влажности в помещении, возможна электризация элементов из-за трения о воздух.
Для защиты от статического электричества элементы конструкции терминала и его блоки соединены металлизацией с шиной заземления.
Выбор элементной базы с точки зрения электробезопасности осуществлен таким образом, что применены элементы, имеющие запас по мощности рассеивания, превышающий рабочую мощность в 1,5.2 раза. Резисторы выбраны по номинальной мощности рассеивания.
При этом напряжение на резисторах не должно превышать напряжения, определяющего их электрическую прочность.
Отсюда
Рном = u2 /R
Выбор сечения применяемых монтажных проводов производится на основе рассчитанного значения потребляемой мощности как произведения напряжения питания на максимальный ток.
Тогда при условии, что GT = 10 А/мин, площадь сечения монтажных проводов будет равна
S> 0,7/10 = 0,07 мм2.
Исходя из этого для монтажа функциональных узлов принципиальной схемы выбран монтажный провод типа МГШВ сечением 0,35 мм2.
Для снижения опасности поражения электрическим током применять, как уже указывалось, заземление. При этом необходимо, чтобы сопротивление заземления было достаточно малым (3-4 Ом). Таким образом, соединяя корпус электроустановки с землей, можно снизить напряжение, прикладываемое к человеку до такой величины, при которой ток, протекающий через него, не Представляет смертельной опасности.
Рассчитаем требуемое сопротивление заземления для обеспечения безопасности выполнения работ с терминалом в условиях диспетчерского пункта.
Пусть сопротивление тела человека составляет Rч = 1000 Ом. Напряжение, под которым может оказаться специалист Uч =220 В, сопротивление изоляции rиз = 6000 Ом, безопасный для здоровья ток Iч = 0,3 мА.
После подстановки в расчетную формулу данных значений получим
Для обеспечения заземления используются естественные и искусственные заземлители. В качестве искусственных заземлителей используют шины заземления, которые подсоединяются к металлическим стержням, заглубляемым в землю. В соответствии с "Правилами устройства электроустановок" сопротивление заземления электроустановок напряжением до 1000 В в сетях с небольшой протяженностью должно быть не более 4 Ом.
Трубчатый или стержневой заземлитель, забитый в землю на глубину t0 > 0,5 м, обладает сопротивлением
гдеt - глубина заложения от поверхности до середины заземлителя, примем t = 1м; l - длина стержня, примем l = 100 см; d - диаметр стержня, примем d= 5 см; с - удельное сопротивление грунта, примем с = 104 (суглинок). После подстановки данных в формулу, получим
Полученное значение сопротивления превышает требуемое значение. Следовательно, увеличить длину стержня, примерно в 4 раза, т.е. его длина должна составлять 400 см.
5.1.3 Мероприятия производственной санитарии
Показатели микроклимата воздуха рабочей зоны при обслуживании изделия - температура, относительная влажность, интенсивность теплового излучения должны соответствовать "Санитарным нормам микроклимата в производственных помещениях".
Производственное освещение также является одним из факторов, определяющих благоприятные условия труда.
Влияние электромагнитных частот на организм человека определяется согласно ГОСТ 12.1.006-84ССБТ. В нашем случае частота излучения передатчика терминала, лежащая в диапазоне 950 - 1015 МГц, определяет предельно допустимое значение плотности потока энергии. Она не должна превышать следующего воздействия на персонал:
в течение рабочего дня - 1 Вт/м2;
10 Вт/м - не более двух часов за рабочий день.
Важным элементом производственной санитарии является обеспечение требований по освещенности рабочего места. Свет является естественным условием жизни человека, необходимым для сохранения здоровья и высокой производительности труда.
В производственных помещениях используется 3 вида освещения:
· естественное (источником его является Солнце);
· искусственное (когда используются только искусственные источники света);
· совмещенное или смешанное (характеризуется одновременным сочетанием естественного и искусственного освещения).
Совмещенное освещение применяется в том случае, когда только естественное освещение не может обеспечить необходимые условия для выполнения производственных операций.
Действующими строительными нормами и правилами предусмотрены две системы искусственного освещения: система общего освещения и комбинированного освещения.
В производственных помещениях используются следующие виды естественного освещения:
боковое - через светопроемы (окна) в наружных стенах;
верхнее - через световые фонари в перекрытиях; комбинированное - через световые фонари и окна.
В зданиях с недостаточным естественным освещением применяют совмещенное освещение - сочетание естественного и искусственного света. Искусственное освещение в системе совмещенного может функционировать постоянно (в зонах с недостаточным естественным освещением) или включаться с наступлением сумерек.
Искусственное освещение на промышленных предприятиях осуществляется лампами накаливания и газоразрядными лампами, которые являются источниками искусственного света.
В производственных помещениях применяются общее и местное освещение. Общее - для освещения всего помещения, местное (в системе комбинированного) - для увеличения освещения только рабочих поверхностей или отдельных частей оборудования.
С точки зрения гигиены труда основной светотехнической характеристикой является освещенность (Е), которая представляет собой распределение светового потока (Ф) на поверхности площадью (S) и может быть выражена формулой Е=Ф/S.
Световой поток (Ф) - мощность лучистой энергии, оцениваемая по производимому ею зрительному ощущению. Измеряется в люменах (лм).
В физиологии зрительного восприятия важное значение придается не падающему потоку, а уровню яркости освещаемых производственных и других объектов, которая отражается от освещаемой поверхности в направлении глаза. Зрительное восприятие определяется не освещенностью, а яркостью, под которой понимают характеристику светящихся тел, равную отношению силы света в каком-либо направлении к площади проекции светящейся поверхности на плоскость, перпендикулярную к этому направлению. Яркость измеряется в Кд/м. Яркость освещенных поверхностей зависит от их световых свойств, степени освещенности и угла, под которым поверхность рассматривается.
Сила света - световой поток, распространяющийся внутри телесного угла, равного 1 стерадиану. Единица силы света - кандела (кд).
Необходимые уровни освещенности нормируются в соответствии со СНиП 23-05-95 "Естественное и искусственное освещение" в зависимости от точности выполняемых производственных операций, световых свойств рабочей поверхности и рассматриваемой детали, системы освещения.
К гигиеническим требованиям, отражающим качество производственного освещения, относятся:
· равномерное распределение яркостей в поле зрения и ограничение теней;
· ограничение прямой и отраженной блесткости;
· ограничение или устранение колебаний светового потока.
Равномерное распределение яркости в поле зрения имеет важное значение для поддержания работоспособности человека. Если в поле зрения постоянно находятся поверхности, значительно отличающиеся по яркости (освещенности), то при переводе взгляда с ярко - на слабоосвещенную поверхность глаз вынужден переадаптироваться. Частая переадаптация ведет к развитию утомления зрения и затрудняет выполнение производственных операций.
Степень неравномерности определяется коэффициентом неравномерности
отношением максимальной освещенности к минимальной. Чем выше точность работ, тем меньше должен быть коэффициент неравномерности.
Чрезмерная слепящая яркость (блесткость) - свойство светящихся поверхностей с повышенной яркостью нарушать условия комфортного зрения, ухудшать контрастную чувствительность или оказывать одновременно оба эти действия.
Светильники - источники света, заключенные в арматуру, - предназначены для правильного распределения светового потока и защиты глаз от чрезмерной яркости источника света. Арматура защищает источник света от механических повреждений, а также дыма, пыли, копоти, влаги, обеспечивает крепление и подключение к источнику питания.
По светораспределению светильники подразделяются на светильники прямого, рассеянного и отраженного света. Светильники прямого света более 80% светового потока направляют в нижнюю полусферу за счет внутренней отражающей эмалевой поверхности. Светильники рассеянного света излучают световой поток в обе полусферы: одни - 40-60% светового потока вниз, другие - 60-80% вверх. Светильники отраженного света более 80% светового потока направляют вверх на потолок, а отражаемый от него свет направляется вниз в рабочую зону.
С помощью соответствующего размещения светильников в объеме рабочего помещения создается система освещения. Общее освещение может быть равномерным или локализованным. Общее размещение светильников для создания рациональной освещенности производят при выполнении однотипных работ по всему помещению, при большой плотности рабочих мест. Общее локализованное освещение предусматривается для обеспечения на ряде рабочих мест освещенности в заданной плоскости, когда около каждого из них устанавливается дополнительный светильник (например, кососвет), а также при выполнении на участках цеха различных по характеру работ или при наличии затеняющего оборудования.
Местное освещение предназначено для освещения рабочей поверхности и может быть стационарным и переносным, для него чаще применяются лампы накаливания, так как люминисцентные лампы могут вызвать стробоскопический эффект.
Аварийное освещение устраивается в производственных помещениях и на открытой территории для временного продолжения работ в случае аварийного отключения рабочего освещения (общей сети). Оно должно обеспечивать не менее 5% освещенности от нормируемой при системе общего освещения.
5.1.4 Мероприятия пожарной и взрывной безопасности
Пожарная опасность блока передатчика терминала может быть обусловлена образованием искр, электрической дуги, перегревом токоведущих частей и т.д. Опасными факторами пожара для людей являются: открытый огонь, повышенная температура окружающей среды и предметов, токсичные продукты горения, дым. Для предотвращения перегрузок по питающему напряжению применена защита с помощью предохранителей. Расчет предохранителя выполняется по следующей формуле
где - номинальный ток; - ток на который рассчитан предохранитель.
Мощность, потребляемая передатчиком по цепи питания 220В 50Гц не превышает 150 ВА, по цепи питания 27В - 100ВА. Тогда получим
Подобные документы
Перспективы мобильности беспроводных сетей связи. Диапазон частот радиосвязи. Возможности и ограничения телевизионных каналов. Расчет принимаемого антенной сигнала. Многоканальные системы радиосвязи. Структурные схемы радиопередатчика и приемника.
презентация [2,9 M], добавлен 20.10.2014Этапы разработки структурной схемы системы оперативной связи гарнизона пожарной охраны. Оптимизация сети специальной связи по линиям 01. Особенности определения высоты подъема антенн стационарных радиостанций, обеспечивающих заданную дальность радиосвязи.
контрольная работа [874,9 K], добавлен 16.07.2012Описание используемых плат расширение/модулей. Схема узлов связи и их лицевой панели шасси. Функциональная схема узла связи 1, 2, 3 и 4. Подбор оптического кабеля и его обоснование. Резервирование частот/волокон. Спецификация узлов, их главные элементы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.04.2014Разработка электрической принципиальной и функциональной схемы генератора. Обоснование выбора схем блока вычитания и преобразователя кодов. Функциональная схема генератора последовательности двоичных слов. Расчет конденсаторов развязки в цепи питания.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 14.09.2011Виды и цели авиационной электросвязи гражданской авиации Российской Федерации, показатели ее надежности. Резервирование средств радиотехнического обеспечения полетов и авиационной электросвязи. Оценка качества передачи речевых сообщений по каналам связи.
реферат [501,9 K], добавлен 14.06.2011Разработка канала радиосвязи метрового диапазона, его передающей и приемной части. Предварительный расчет параметров передающей и приемной частей каналов. Функциональная схема радиоприемной его части, расчет наземного затухания напряженности поля.
контрольная работа [121,2 K], добавлен 03.03.2014Анализ оснащенности участка проектирования системами связи. Требования к стандартам радиосвязи. Преимущества GSM-R, принципы построения, организация каналов доступа, особенности базовой структуры. Энергетический расчет проектируемой системы радиосвязи.
дипломная работа [4,5 M], добавлен 24.06.2011Выбор и обоснование перечня технических средств связи гарнизона. Расчёт основных характеристик системы. Пропускная способность сети спецсвязи "01". Высота подъёма антенн стационарных радиостанций. Максимальная дальность связи с подвижными объектами.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 20.07.2014Характеристики и параметры сигналов и каналов связи. Принципы преобразования сигналов в цифровую форму и требования к аналогово-цифровому преобразователю. Квантование случайного сигнала. Согласование источника информации с непрерывным каналом связи.
курсовая работа [692,0 K], добавлен 06.12.2015Организация поездной радиосвязи. Расчет дальности действия радиосвязи на перегоне и на станции. Радиоаппаратура и диапазон частот. Выбор и анализ направляющих линий. Организация станционной радиосвязи. Организация громкоговорящей связи на станции.
курсовая работа [484,8 K], добавлен 28.01.2013
