Алматинский институт энергетики и связи

Кафедра телекоммуникационных систем

СПУТНИКОВЫЕ И РАДИОРЕЛЕЙНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ

Методические указания к выполнению лабораторных работ

для студентов специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

Алматы 2010

СОСТАВИТЕЛИ: Э.К.Темырканова, Т.А. Абишева. Спутниковые и радиорелейные системы передачи. Методические указания к выполнению лабораторных работ (для студентов специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации). – Алматы: АИЭС, 2010. – 53с.

Методические указания содержат описания лабораторных работ по дисциплине «Спутниковые и радиорелейные системы передачи». В описание работ входят краткие теоретические сведения, описание лабораторных стендов, порядок выполнения работ, содержание отчета.

Методические указания предназначены для студентов обучающихся в бакалавриате по специальности 5В0719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации.

Содержание

1 Лабораторная работа №1. Изучение приемника спутникового телевидения стандарта цифрового вещания DVB 4

2 Лабораторная работа №1. Определение местоположения спутника с помощью программы SatScape 11

3 Лабораторная работа №3. Изучение орбит ИСЗ с помощью программы “Orbitron” 14

4 Лабораторная работа №4. Расчет азимута и угла места при установке спутниковой антенны с помощью программы "Satellite Antenna Alignment" 26

5 Лабораторная работа № 5. Определение параметров спутникового канала изображения (по испытательным строкам первого и второго полей кадра) 31

6 Лабораторная работа № 6. Определение характеристик субблока экспандер приемной спутниковой системы «Москва» 38

Список литературы 52

1 Лабораторная работа. Изучение приёмника спутникового телевидения стандарта цифрового вещания DVB

1.1 Цель работы:

Ознакомление с устройством и работой цифрового спутникового приёмного устройства и приобретение навыков обращения с ним.

1.2 Используемое оборудование

Приёмник спутникового телевидения (спутниковый тюнер или спутниковый ресивер), телевизор, приёмная антенна спутникового телевидения с конвертером, соединительные кабели.

1.3 Краткие сведения

Спутниковое телевидение – это система передачи цифрового телевизионного сигнала от передающего центра к потребителю через искусственный спутник Земли, расположенный на геостационарной околоземной орбите над экватором. Аппаратура позволяющая принять и обработать такой сигнал состоит из спутниковой антенны закрепленной на стене или крыше, конвертора, кабеля и тюнера.

Назначением спутникового приёмника (ресивера или тюнера) является выбор канала для просмотра и преобразования сигналов в форму, пригодную для подачи на вход домашнего телевизора и стереосистемы. Все каналы, принимаемые со спутников, делятся на две категории: открытые и закрытые. Закрытые каналы - это каналы, за просмотр которых нужно платить определенную абонентскую плату, а открытые - это каналы, за просмотр которых не нужно платить.

1.4 Описание тюнера

1.4.1 Обобщенная структурная схема и принцип работы

На рисунке 1.1 показана типовая структурная схема спутниковых приёмников, где: 1 - ресивер; 2 - демодулятор; 3 - демультиплексор, дешифратор; 4 - аудиодекодер MPEG-2; 5 - видеодекодер MPEG-2; 6 - кодер системы цветного телевидения;7 - модулятор; 8- микропроцессор; 9 - модем; 10 - ИК-датчик; 11 - модуль цифрового телевидения; 12 - пакеты данных формата MPEG-2; 13 - цифровое видео 4:2:2; 14 - SECAM-PAL; 15 - Y/C; 16 - R-G-B; 17 - аналоговое аудио; 18 - цифровое аудио AES/EBU; 19 - RS-232; 20 - телефонная линия.

Рисунок 1.1 – Типовая структурная схема ресивера

Сигнал с выхода МШУ – конвертера, обычно размещаемого вблизи антенны, поступает по кабелю снижения в приемник (1), предназначенный для усиления, преобразования и выделения нужной телевизионной программы на второй промежуточной частоте.

В демодуляторе (2) производится корректировка ошибок, а выделенный на его выходе цифровой поток далее поступает на демультиплексор, разделяющий общий поток на три: видео, звук и данные. В этом же блоке осуществляется дешифрование или устранение псевдослучайной последовательности, наложенной на сигнал в передатчике.

В блоке 5 видеосигналы декодируются из стандарта MPEG в декомпрессированные цифровые сигналы, из которых после цифроаналогового преобразователя (6) выделяются исходные видеосигналы в виде составляющих: яркостной (U) и трех цветовых – красной (R), зеленой (G) и синей (В).

Блок 6 выполняет также функции преобразователя стандартов, т.е. на его выход в соответствии с желанием пользователя можно подключить телевизионный приемник, работающий в одном из трех стандартов аналогового ТВ: PAL, SECAM или NTSC. Имеется выход сигнала для подключения модулятора ретранслятора наземной сети телевещания. С выхода декодера звука (4), совмещенного с цифроаналоговым преобразователем, можно получить как аналоговые, так и цифровые сигналы.

Микропроцессор (8) управляет работой блока 3 (демультиплексор-дешифратор), выделяет телефонный сигнал в случае реализации интерактивной системы связи, а также выделяет интегрированные пакеты данных других телематических служб, подводимые далее к блоку 12. Микропроцессор имеет выход для подключения стандартного интерфейса RS-232.

Модуль цифрового управления и инфракрасный датчик обеспечивают возможность дистанционного управления приемником-декодером.

Внешний вид и расположение разъемов показаны в приложении А, а внешний вид пульта дистанционного управления показаны в приложении Б.

1.5 Методика выполнения работы

1.5.1 Подключение приемника

Внимание! Перед любыми действиями, связанными с соединением или рассоединением аппаратуры следует убедиться, что приборы отключены от электросети (причём, электронного выключения кнопкой на передней панели недостаточно – следует вынуть вилку из розетки или воспользоваться механическим выключателем Power на задней стенке).

1.5.2 Подключение приёмника к антенне

Подсоедините коаксиальный кабель усилителя LNB антенны к разъему “LNB”, расположенному на задней панели приемника. Все соединители кабелей должны затягиваться вручную без использования ключей.

1.5.3 Подключение приёмника к телевизору

Рисунок 1.2 – Заставка при включении тюнера

Соедините приёмник и телевизор с помощью кабелей RCA соответственно цветам гнезд и штекеров (желтый, красный, белый). Включите телевизор. Найдите канал, к которому подключен тюнер (гнезда AV1 находятся на задней стенке телевизора, гнезда AV2 – на передней), для этого нажмите кнопку MENU на телевизоре и, последовательно нажимая, найдите пункт меню «Вход», затем кнопками [<], [>] установите вход AV2. Включите тюнер. На экране должна появиться заставка (рисунок 1.2).

1.5.4 Управление тюнером

Управление работой тюнера осуществляется с помощью прямых команд с пульта управления и с помощью системы меню ресивера. Ограниченный набор функций (последовательное переключение каналов, увеличение и уменьшение громкости, перевод в ждущий режим) доступен и без пульта – с помощью кнопок на передней панели тюнера.

1.5.5 Система экранного меню

Систему меню тюнера можно представить в виде древовидной структуры с корневым экраном и связанными с ним экранами второго, третьего и т.д. уровней. Навигация осуществляется клавишами-стрелками и подтверждается нажатием кнопки «OK». На экране слева высвечиваются подсказки. При выборе одного из пунктов меню производится связанное с ним действие или открывается следующий подуровень. Для возврата на предыдущий уровень нажмите кнопку «MENU», для быстрого выхода – кнопку «EXIT».

В корневом меню видны основные крупные разделы: 1. Настройка тюнера (язык, стандарты отображения видео, установка времени, настройка отображения окон меню); 2. Редактирование списка каналов (переименование, сортировка, удаление, блокирование); 3. Глобальные настройки (первоначальный поиск каналов, настройка параметров приёма со спутника, сброс всех настроек тюнера на первоначальные заводские, обновление программного обеспечения – прошивки тюнера); 4. «родительский контроль» - блокирование нежелательного содержимого и каналов; 5. Игры; 6. Информация о производителе и версии аппаратного и программного обеспечения тюнера.

Для входа в некоторые подпункты меню может понадобиться ввести пароль. По умолчанию это «4321».

1.5.6 Настройка параметров приёма со спутника

1.5.6.1 Перед началом работы произведите сброс настроек – «MENU» – «Installation» – «Reset (Factory Defaults)».

Рисунок 1.4 – Главное меню

1.5.6.2 Последовательно перебирая все пункты, составьте графическое описание системы меню в виде схемы дерева или таблицы так, чтобы были наглядно видны взаимные связи. «Ветви» дерева должны заканчиваться названиями подпунктов последнего уровня. Кроме того, напротив них зафиксируйте (другим цветом, чтобы отделить подпункты меню от параметров) параметры по умолчанию (например: напротив «Audio Output» напишите «Stereo», напротив «Screen Ratio» – «4:3»). Рисунок размером в один лист формата A4 выполните с помощью карандаша и линейки.

1.5.6.3 Изучите полученную схему, выделите (обведите рамкой) существенные части, важные для основных задач и схематически зачеркните второстепенные, неважные (например, игры). В дальнейшем ориентируйтесь по этой схеме для быстрого нахождения нужных подпунктов.

1.5.6.4 Изучите подменю «Configuration» («MENU» – «Configuration») и, пользуясь словарём терминов (приложение А), составьте графически в виде дерева систему всех возможных настроек тюнера (в отличие от пункта 5.1.2 здесь рассматривается только ветка «Configuration», но настройки перечисляют все доступные из выпадающих вкладок, а не только установленные по умолчанию). Рисунок выполните в более мелком масштабе, чем в п. 1.5.6.2 – в половину или треть листа А4.

1.5.7 Настройка на спутник и поиск каналов

1.5.7.1 Перед началом работы произведите сброс настроек – «MENU» – «Installation» – «Reset (Factory Defaults)»;

1.5.7.2 Антенна данной установки не имеет привода позиционирования и жестко направлена на точку с координатами 0N, 13E. Для настройки на спутник необходимо войти в «MENU» – «Installation»- «Program Satellites» –«CH Search Menu». Перебирая клавишами пульта можно выбрать спутник, ориентируясь на параметры уровня мощности и качество сигнала (%), которые контролируются автоматически , после выбора спутника нажмите кнопку «OK».

Рисунок 1.5 – Выбор спутника

1.5.7.3 Для поиска каналов, заданного спутника в подменю «Program Satellites», поставьте курсор на вторую строку вкладки «CH Search Menu» - «longitude» и нажмите кнопку «OK». Программа автоматически настраивает теле- и радио- каналы.

Рисунок 1.6 – Настройка канала

1.5.7.4 Для редактирования выбранных программ используется подменю «Edit Channels» главного меню «Main Menu».

Рисунок 1.7 – Редактирование каналов

Рисунок 1.8 – Настройка радиоканала

Выберите из базы ресивера три спутника по заданию преподавателя.

1.6 Контрольные вопросы

1 Какие типы спутников оптимальны для радио и телевизионного вещания, радиотелефонной связи?

2 Назначение спутникового приёмника.

3 Какие бывают типы ретрансляторов?

4 Какими параметрами определяется эффективность работы бортового ретранслятора?

5 Назовите виды земных станций по способу организации связи?

6 В каких диапазонах частот работают ЗС?

2 Лабораторная работа. Определение местоположения спутника с помощью программы SatScape

2.1 Цель работы:

- теоретически ознакомиться с процедурой нахождения местоположения спутника;

- изучить программу SatScape;

- задать настройки и получить данные местонахождении спутника на заданное время.

2.2 Подготовка к работе

Повторить разделы: Спутниковые системы, виды орбит, геостационарные орбиты, расчет угловых зависимостей между космическим аппаратом, целью и центром Земли.

2.3 Рабочее задание

2.3.1 Изучите возможности программы SatScape.

2.3.2 Создать алгоритм работы в программе SatScape.

2.3.3 По заданию преподавателя определить местонахождение пяти спутников из разных типов орбит.

2.3.4 Показать траекторию движения и зону покрытия главного спутника в режимах 2D и 3D.

2.4 Порядок выполнения расчётов

2.4.1 Запустить программу SatScape

Рисунок 2.1 – Меню программы

2.4.2 В появившемся окне выбрать вкладку Pass redictions/Предсказания Прохода

Рисунок 2.2 – Меню ввода информации

2.4.3 В появившемся окне выберите вкладку: Add new job/Добавить Новую Работу

Рисунок 2.3 – Новая работа

2.4.4 Заполните данные и сохраните работу

Рисунок 2.4

Рисунок 2.5

2.4.5 В списке работ слева появится созданная вами работа

2.4.6 Выберите свою работу, нажав по вкладке Run Selected Job

Рисунок 2.6

2.4.7 Программа выдаст вам данные о выбранных спутниках на заданный промежуток времени

2.5 Контрольные вопросы

1 Какие спутники представлены в лабораторной работе?

2 Высота орбиты (высота ИСЗ над поверхностью Земли).

3 Что понимается под зоной видимости ИСЗ?

4 Что называют зоной покрытия?

5 Расстояние от наземной станции до КА в процессе его полета.

6 Как отличаются значения ЭИИМ современных систем спутниковой связи, используемых типов орбит?

3 Лабораторная работа. Изучение орбит ИСЗ с помощью программы “Orbitron”

3.1 Цель работы:

Практическое изучение параметров орбит ИСЗ, зон покрытия геостационарных и низкоорбитальных систем, эффекта Доплера, определение длительности нахождения спутника на горизонте.

3.2 Подготовка к работе

3.2.1 Изучить виды и параметры спутниковых орбит.

3.2.2 Изучить определение координат на поверхности Земли в геоцентрической и топоцентрической системах.

3.2.3 Изучить понятие вспышек Иридиумов и звездной величины, их назначение и применение.

3.2.4 Изучение Доплеровского смещения частот для линии вверх, вниз.

3.2.5 Анализ полученных результатов.

3.3 Рабочее задание

3.3.1 Запустить программу “Orbitron”.

3.3.2 Определить по карте примерные координаты заданной точки, согласно варианту.

3.3.3 . Определить координаты спутника в заданный момент времени согласно варианту.

3.3.4 Сравнить зоны покрытия геостационарных и низкоорбитальных систем.

3.3.5 Оценить максимальную длительность возможного сеанса связи в заданной точке.

3.3.6 Определить длительность нахождения спутника над горизонтом.

Точка, в которой орбита пересекает плоскость экватора при движении спутника на север, называется восходящим узлом орбиты (точка А на рисунке 3.1). Точка пересечения с поверхностью Земли радиуса-вектора, проведенного в точку размещения спутника из центра Земли, называется подспутниковой.

Очевидно, что из подспутниковой точки С (рисунок 3.1) спутник виден точно в зените, т.е. ось луча антенны ЗС при наведении ее на ИСЗ должна

быть перпендикулярна поверхности Земли.

Рисунок 3.1 – Геоцентрическая система OXYZ

В любой другой точке N земной поверхности положение оси NB луча антенны ЗС отличается от зенита и характеризуется двумя угловыми величинами: азимутом А и углом места g.

На рисунке 3.1 показаны две системы координат — геоцентрическая и топоцентрическая.

Геоцентрическая система OXYZ имеет начало в центре Земли, плоскость ХОY совпадает с плоскостью экватора, ось OZ направлена от центра к северному полюсу, ось ОХ направлена в точку весеннего равноденствия (в случае так называемой инерциальной геоцентрической системы, показанной на рисунке 3.1) или лежит в плоскости начального меридиана, например, гринвичского (тогда это относительная геоцентрическая система, сохраняющая неизменное положение относительно точек на поверхности Земли); ось OY дополняет систему до правой. Топоцентрическая система NxhV имеет начало в точке N на поверхности Земли. Плоскость xNV ( касательна к поверхности Земли в точке N, ось Nx направлена на север, то есть по касательной к меридиану, проходящему через N, ось Nh - по нормали к поверхности Земли, т.е. по направлению радиуса ON, в сторону от центра Земли, ось NV дополняет систему до правой. Направление от точки N па спутник показано на рисунке 3.1 линией NB. Проекция NВ на плоскость NxhV — линия ND, плоскость NBD перпендикулярна к касательной плоскости NxhV.

Теперь можно определить угол места (угол возвышения) как угол BND между направлением на спутник BN и проекцией ND этого направления на плоскость, касательную к поверхности Земли, а азимут - как угол между направлением на север Nx и проекцией ND направления на ИСЗ на касательную плоскость. Положение точки N на земной поверхности характеризуют ее долготой l_N углом между плоскостью Гринвичского меридиана и плоскостью меридиана, проходящего через N и широтой j _N - углом между радиусом ON и плоскостью экватора.

Для систем связи и вещания необходимо, чтобы имелась прямая видимость между спутником и соответствующими земными станциями в течение сеанса связи достаточной длительности.

Орбита геостационарного ИСЗ («Пояс Кларка») — это круговая (эксцентриситет е = 0), экваториальная (наклонение i = 0°), синхронная орбита с периодом обращения 24 ч, с движением спутника в восточном направлении.

Связь осуществляется непрерывно, круглосуточно, зона видимости геостационарного ИСЗ около одной трети земной поверхности; трех геостационарных ИСЗ достаточно для создания глобальной системы связи; отсутствует (или становится весьма малым) частотный сдвиг, обусловленный эффектом Доплера.

Эффектом Доплера называют физическое явление, заключающееся в изменении частоты высокочастотных электромагнитных колебаний при взаимном перемещении передатчика и приемника. Эффект Доплера объясняется изменением расстояния во времени. Этот эффект может возникнуть также и при движении ИСЗ на орбите

Эффект Доплера способствует изменению частоты модулирующих колебаний. Это сжатие (или расширение) спектра передаваемого сигнала невозможно контролировать аппаратурными методами, так что если сдвиг частоты превысит допустимые пределы (например, 2 Гц для некоторых типов аппаратуры частотного разделения каналов), то канал оказывается неприемлемым.

Длина волны λ, принятая наблюдателем, связана с длиной волны источника излучения соотношением:

63103924583687-1

где V– проекция скорости источника на луч зрения. Открытый закон получил название закона Доплера:

63103924583687-2

Эффект Доплера наибольший, ели движение передатчика относительно приемника происходит вдоль линии связи (=0или ψ=π)

∆f ≈ ± f₀V / c

при сближении передатчика и приемника частота колебаний возрастает пропорционально V / c , при удалении уменьшается по тому же закону.

На линии связи через строго геостационарный спутник доплеровский сдвиг не возникает, в случае реальных геостационарных ИСЗ – малосущественен, а при сильно вытянутых эллиптических или низких круговых орбитах может быть значительным. Расчет его сводится к расчету отношения (Vcos ψ)/c для некоторой траектории движения ИСЗ.

Суммарный доплеровский сдвиг максимален для линии связи между близко расположенными ЗС, когда на обоих участках (Земля-спутник и спутник-Земля) сдвиг примерно одинаков и потому на всей линии удваивается.

Влияние доплеровского сдвига на работу линии связи проявляется как частотная нестабильность несущей частоты ретранслируемых спутником колебаний, добавляющаяся к аппаратурной нестабильности частоты, возникающей в бортовом ретрансляторе и ЗС. Эта нестабильность может существенно осложнять прием сигналов, особенно узкополосных, приводя к снижению помехоустойчивости приема. А также, изменяется частота модулирующих колебаний. Если частота несущей f₀сдвигается на∆f , то частота верхней боковой составляющей (f₀+ F), обусловленной компонентом F модулирующего процесса, составит (f₀+ F) (1+ V / c)= f₀+ f₀V/c + F + F V/c, нижней боковой - соответственно f₀+ f₀V/c - F - F V/c. Таким образом, разность частот боковых и несущей, равная частоте колебания, образующего после демодуляции, составляет F(1+V/c)

При передаче симплексных (однонаправленных) сообщений (программ телевидения, звукового вешания и других дискретных (прерывистых) сообщений это запаздывание не ощущается потребителем. Однако при дуплексной (двусторонней) связи запаздывание на несколько секунд уже заметно.

При запуске программы Orbitron (система моделирования траекторий движения ИСЗ) появляется интерактивное окно, содержащее: панель задач, карту мира, и список спутников.

Панель задач содержит следующие вкладки: главное, отображение, место информация, настройки расчета, расчет, ротор/радио и и т.д.

Карта – отображает позиции спутников над Землей. Вы можете выбрать позицию или приближать заинтересовавшую вас область с помощью контекстного меню. Также карту можно перемещать с помощью drag-and-drop. Щелчком левой кнопки мыши можно перемещать спутник в необходимую позицию.

Настройки карты находятся в закладке "Отображение" - и "настроек" или с помощью клавиш ALT+F5. По умолчанию дорожка заземления имеет два цвета, света для освещенной части и темной для eclipsed. На карте отображены дневные и ночные зоны.

Карта мира:

Рисунок 3.2 – Карта мира: 1-геостационарный спутник; 2 -пройденный путь спутника; 3 - направление движения спутника; 4- активный спутник с отображением его покрытия; данные для этого спутника представлены на панели справа; 5- низкоорбитальный спутник; 6 - выбранное место расположения; 7- ночь; 8 - граница дня и ночи; 9 -геодезическая сетка.

В закладке “отображение” можно выбрать тип карты Радар, отображаем месторасположение спутника на небе относительно выбранной точки на Земле (точки наблюдения) как в реальном, так и в режиме Симуляции.

Быстрое меню находится в верхнем правом углу рабочего окна. Или вызывается с помощью клавиши ESC.

Правая Панель содержит список загруженных объектов (спутников), а также данные об их месторасположении (и других космических объектов).

Bottom Panel

Screen Shot(ALT+SHIFT+F2): Сохраняет текущие картинки с экрана в формате BMP.

Minimize Application: Сворачивает приложение.

Close application (ALT+F4): Сохраняет настройки и закрывает программу.

Setup: Вызывает окно настроек Орбитрона.

Load settings: Загружает настройки из INI File.

Save settings: Сохраняет настройки в INI File. При закрытии программы Орбитрон сохраняет все настройки, но вы можете создать свою собственную конфигурацию для ускорения работы.

Message Board System: открывает MBS окно, на котором вы можете найти информацию о новых версиях продукта.

NightLife: преображение цветовой гаммы в мягкие тоня для защиты глаз от ярких бликов экрана.

Hide Bottom Panels (Ctrl+Space): Используется для сворачивания нижней панели.

Maximize viewport (Ctrl+Enter): для максимального увеличения окна.

Full screen/ Window Mode.

Refresh interval: определяет интервал расчета данных.

Информация на правой панели, отображает сведения об активном спутнике, а также о Солнце и Луне.

teПанель времени

Панель времени отображает информацию о настоящем или симуляционном временном режиме. Также она отображает контрольные настройки времени. Можно скрывать или активировать панель с помощью клавиши F11, изменение настроек возможно правым кликом.

RT/SIM

Режим настоящего времени / Режим симуляции

CLOCK

Панель работает в режиме часов

AUTO-FWD/AUTO-BCK

Автоматическая перемотка вперед/Режим отмотки времени назад

LCL/UTC

Работа программы в режиме локального времени/время UTC

Таблица 1.1

Name	Название спутника
Lat	Земная широта
Lon	Земная долгота
Alt	Высота спутника над уровнем Земли
Azm	Угол с которого обозревается спутник
Elev	Видимый угол обозрения спутника
RA	Right ascension of satellite, for sky map reference
Продолжение таблицы 1.1
Delc	Declination of satellite, for sky map reference
Range	Расстояние от обозревателя до спутника
RRt	Скорость расстояния; изменение расстояния во времени; для Доплеровского смещения (км /с)
Vel	Скорость движения спутника (км /с)
Direction	Ascending - satellite moves from South to North; Descending - North to South
Eclipse	Posible values are: Penumbral / Umbral / No (satellite is illuminated)
MA (phase)	Mean Anomaly (0-360 degrees) and AM-SAT phase (0-255) of satellite counted from perigee
Orbit #	Номер орбиты отсчитываемого от первого перигея
Mag (illum)	Visual magnitude and illuminated fraction in percents. Posible values are: 'not visible' (satellite is below the horizon), 'eclipsed' (satellite is in umbral eclipse), 'X.X* (80%)' (magnitude and illuminated fraction, * - penumbral eclipse)

Sun and moon data similarly as satellite...Sun and moon data similarly as

Mini radar

Мини радар находится в правой части активного окна. Возможны три режима функционирования радара:

On – Радар всегда включен.

Off – Радар скрыт.

Auto – Радар активен, если объект появляется на небе и если основная карта не радар.

Возможно изменять его настройки правым кликом на необходимом режиме также клавишой F12. Можно выбирать спутник нажатием на него на карте радара.

Bottom panels: Rotor/Radio

Эта панель показывает значение доплеровского смещения для линии вверх и линии вниз.

Таблица 1.2

Azimuth, Elevation, Receive/doppler, Transmit/doppler, Dnlink mode, Uplink mode	Информация, отправляемая на драйвера.
Dnlink, Uplink	Список частот. Также вы можете внести свои данные. Существующие берутся из “notes file”, пожалуйста, проверьте NOTES/00000.TXT для более подробного описания.
Driver	List of available drivers. 'WispDDE' is a build-in one, other drivers must be listed in Config\Drivers.dat file (driver's file names without extension, line by line).
Run selected driver and start sending data (icon)	After pressing this button, Orbitron will try to run driver and starts sending tracking data. At the first time you will be asked for location of driver's EXE file.
Tracking object	Выберите объект наблюдения
Lock active satellite (icon)	В обычном режиме Орбитрон отправляет сведения об активном спутнике на rotor/radio driver. Кнопка 'Lock Active Satellite' подтверждает, что необходимый поток информации направляется даже если другой спутник активирован.

3.4 Выполнение работы:

3.4.1 По заданию преподавателя определите координаты, указанные на карте. Вариант определения точки по последней цифре зачетной книжки.

5

3

7

8

2

1

0

9

4

6

.

3.4.2 Изучить возможности программы Орбитрон:

3.4.2.1 Загрузить программу Орбитрон;

3.4.2.2 С помощью панели «Загрузка ТLE», выберите из каждой группировки спутников 5 ИСЗ. Определите параметры орбитальной группировки, типы используемых орбит спутников по высоте орбиты.

3.4.3 Щёлкаем

3.4.4 Выбираем нужную группу ИСЗ

3.4.5 Выделяем ИСЗ

3.4.6 Смотрим «Данные» или «Информация» на панели задач.

3.4.7 По предпоследней цифре зачетной книжки выбрать координаты точки.

3.4.8 Активировать необходимый спутник, с помощью вкладки “Загрузить”, которая находится в правой части окна.

3.4.9 Активировать режим симуляции. Для этого необходимо во вкладке “общее” панели задач, выполнить:

ScrSav001

3.4.10 Задать необходимые параметры симуляции

ScrSav001

3.4.11 И с помощью навигационных клавиш запустить режим

3.4.12 Занести координаты точки. Для этого необходимо в панели задач активировать вкладку “место”. И в полях долгота и широта внести заданные координаты

ScrSav002

3.4.13 Определить максимальное время нахождения точки в зоне покрытия спутника.

3.4.14 На карте запустить симуляцию, и выбрать такую траекторию спутника, при которой она находится на минимальном удалении от заданной точки, на глобальной карте.

3.4.15 Перейти на тип карты “радар” и в режиме симуляции определить максимальную длительность нахождения спутника на горизонте с точки наблюдения, фиксируя время прохождения спутника по табло времени.

3.4.16 Все полученные данные нужно записать и внести в отчет.

3.4.17 Для Доплеровского смешения сделайте выводы. Выбрать спутник и его параметры по последний цифре зачетной книжки.

3.4.18 В меню «Главное» выбрать режим «Симуляция». Изменяя шаг времени (сек., мин., час., дни), наблюдайте за траекторией, скоростью изменения и территорией покрытия спутника, относительно Места наблюдения на карте (можно перемещать положение креста или стрелки с помощью правой кнопки мыши).

3.4.19 В меню «Ротор/Радио» наблюдайте за изменениями в активных окнах. (азимут, высота, Прием/доплер, Передача/доплер).

3.4.20 Сделайте выводы относительно влияния изменения параметров спутника на изменение скорости, частоты приема и передачи.

Таблица 1.3 – Исходные данные

0	iridium8
1	orbcomm fm16
2	globalstar M001
3	redcat (radar)
4	orbcomm fm30
5	globalstar M037
6	sarsat 4
7	iridium29
8	sarsat 9
9	tempsat1 (radar)

Таблица 1.4 - Исходные данные

	long	lat
0	34.6W	30.66N
1	115E	45N
2	117E	22.44S
3	10.43W	38.45N
4	140E	35.68S
5	30.55E	40.66N
6	120.55E	30.45S
7	30.55W	40.66N
8	36.76E	10.53N
9	55.45W	25.33S

3.5 Контрольные вопросы

1. Каковы принципы организации спутникового вещания?

2. Нормирование спутниковых каналов в соответствии с документами ITU-R и ITU-T.

3. Опишите типы используемых орбит спутников. Как определяется наклонение и восходящий узел орбиты, подспутниковая точка ?

4. Как располагаются орбиты относительно радиационных поясов Ван-Аллена.

5. Что такое эффект Доплера?

6. Как изменяется расстояние от наземной станции до КА в процессе его полета и на какие параметры влияет?

7. Каков процесс контроля положения ИСЗ на орбите.

8. Какова высота орбиты исследуемого спутника (высота ИСЗ над поверхностью Земли)?

9. Что понимается под зоной видимости ИСЗ?

10. Что называют зоной покрытия?

4 Лабораторная работа. Расчет азимута и угла места при установке спутниковой антенны с помощью программы "Satellite Antenna Alignment"

4.1 Цель работы:

Целью данной работы является изучение видов спутниковых антенн, определение угла места и азимута на спутник при установке спутниковой антенны с помощью программы «Satellite Antenna Alignment».

4.2 Подготовка к работе

4.2.1 Изучить виды и основные характеристики спутниковых антенн.

4.2.2 Изучить геоцентрическую и топоцентрическую системы, определение угла места (угол возвышения), азимута, долготы и широты для любой точки Земли.

4.3 Рабочее задание

4.3.1 Рассчитать азимут и угол места на спутник с земных станций.

4.3.2 Сравнить результаты, рассчитанные и полученные в ходе выполнения лабораторной работы.

4.4 Методические указания для расчета

4.4.1 Рассчитать азимут на спутник с земных станций по формуле:

(4.1)

где Az – азимут на спутник с земной станции, град;

Δβ = |β_кс – β_зс| - разность долгот космической и земной станции, град;

β_кс – долгота подспутниковой точки, град;

β_зс – долгота земной станции, град;

ξ – широта земной станции, град.

4.4.2 Рассчитать угол места по формуле:

(4.2)

где γ – угол места на спутник с земной станции, град;

Δβ = |β_кс – β_зс| - разность долгот космической и земной станции, град;

β_кс – долгота подспутниковой точки, град;

β_зс – долгота земной станции, град;

ξ – широта земной станции, град.

Например, координаты городов, где устанавливаются земные станции:

Шымкент

42⁰ 10’ с.ш.

69⁰54’ в.д.

Подставляя исходные данные в формулы (2.3) и (2.4), получаем азимут и угол места для ЗС: для ЗС1 г.Шымкент:

Δβ = |β_кс – β_зс|=103-69,9=29,1⁰ ,

Антенна служит для фокусировки и сбора слабого микроволнового сигнала. Поверхность антенны должна иметь высокую отражающую способность по отношению к микроволнам. Антенна имеет форму параболоида, который обладает свойством переносить все излучение, передаваемое со спутника параллельно его оси, в фокус. Существует два основных типа антенн - параболическая и офсетная. Параболические антенны - антенны, фокусирующие сигнал со спутника в фокусе антенны, расположенной на оси окружности. Недостатком таких антенн является налипание снега зимой и отсутствие возможности установить второй конвертор. Офсетные антенны - антенны со смещенным фокусом, имеют овальную форму отражателя. Данные антенны более современные и популярные, так как дают возможность установить второй конвертор для приема 2-3 спутников в зависимости от месторасположения спутников на полярной оси. Также антенны различаются по диаметру. Антенны обычно изготавливаются из стали или алюминия.

Конвертор или LNB – приспособление, находящееся в фокусной точке антенны, является прибором, который принимает сфокусированный антенной сигнал. При этом он детектирует поступающие слабые микроволны, усиливает их с малыми шумами и, наконец, преобразовывает в частоту удобную для передачи по кабелю – промежуточную частоту.

С помощью программы «Satellite Antenna Alignment (Расчет угла поворота спутниковой антенны)» рассчитайте угол, необходимый при установке спутниковой антенны. Программа рисует простую схему, отображающую стороны горизонта. Желтым сектором обозначается световой день, восточная его часть – это восход солнца, западная часть – заход солнца. На этой же схеме можно схематически отобразить направление на нужный вам спутник. Выберите спутник в выпадающем списке, направление на него (азимут) рисуется красной линией. Если угол места на спутник отрицательный, то красная линия не рисуется (спутник не виден).

Азимут – это направление на спутник в градусах от направления на север по часовой стрелке.

Угол места является углом (в градусах) между направлением сигнала со спутника и касательной плоскости к поверхности земли в точке вашего приема.

Рисунок 4.1 – Определение азимута на солнце

Программа позволяет произвести расчет сразу на все спутники. Таким образом складывается ясная картина о том, какие спутники физически видны в месте установки антенны, а какие нет.
Следует помнить, что в данной программе расчет производится чисто теоретический, по формулам, и в реальных условиях при установке антенны надо учитывать еще множество факторов, такие как различные препятствия (здания, деревья), рельеф местности, высота над уровнем моря, направленность транспондеров, поляризация и т.п.

4.5 Порядок выполнения работы

4.5.1 Выберите из базы три спутника по заданию преподавателя

4.5.2 Работу с программой нужно начать с занесения географических координат вашей точки установки спутниковой антенны. Введите ваши координаты в разделе "Координаты места установки антенны". Северная широта - "N", южная широта - "S". Аналогично, восточная долгота - "E", западная долгота - W". (рис.20)

Рисунок 4.2 – Определение угла поворота антенны на спутник

4.5.3 После того, как координаты будут введены, в левой части в таблице вы получите расчет углов на все спутники сразу.

4.5.4 Рассчитывается азимут и угол подъема антенны (угол места).

Если угол места отрицательный, значит спутник скрыт за горизонтом и прием сигнала с него в принципе не возможен. Таким образом, с вашей точки наблюдения теоретически видны спутники, у которых угол места является положительной величиной. Радиовидимость начинается с углов места более 5⁰. Зная азимут вы можете быстро сориентироваться и определить направление на спутник, определить преграды на пути направления антенны (соседние дома, деревья). Обратите внимание, что полученный азимут, это рассчитанный по формулам угол относительно абсолютного севера.

4.5.5 Изменяя параметры оффсетной антенны (высота, ширина), а также расстояние до препятствия и высоту препятствия, определите угол смещения, угол подъема на спутник, угол наклона антенны и сделайте выводы.

Рисунок 4.3 – Настройка параметров офсетной антенны

Рисунок 4.4 – Влияние величины препятствия на элевацию

4.5.6 Расчет азимута на солнце

Расчет производится для точки, географические координаты которой вы задавали для расчета азимута на спутники. Высота над уровнем моря считается равной 0 метров. Вы можете указать дату (по умолчанию берется текущая дата) и произвести расчет движения солнца с дискретностью в одну минуту. Результаты расчета выводятся в таблице в левой части. Для солнца рассчитывается как азимут, так и угол места в текущий момент времени.

Сверьте рассчитанное направление на солнца с реальным (этим можно приблизительно оценить возможность грубой ошибки в исходных данных). Таким образом, это дает вам возможность при установке антенны обойтись совсем без компаса.

1. Укажите вашу временную зону (Алматы +6 часов от Гринвича).

2. Сначала определите азимут на нужный вам спутник.

3. Затем произведите расчет азимута на солнце на день, в который вы планируете устанавливать антенну.

4. Найдите в таблице азимут солнца наиболее равный азимуту на спутник, и вы получите время (и дату), когда солнце будет в той же стороне, что и спутник.

5. В нужный момент времени поворачиваем антенну прямо на солнце, азимут солнца в этот момент совпадает с азимутом спутника. Или просто отмечаем это положение, антенну повернете позднее.

4.6 Обработка результатов

Сравните рассчитанные данные и данные, полученные в ходе выполнения лабораторной работы. Сделайте выводы.

4.7 Контрольные вопросы

1. Опишите виды и основные характеристики антенн спутников.

2. Как определяется азимут и угол места на спутник с земных станций.

3. Как влияют различные препятствия (здания, деревья), рельеф местности, высота над уровнем моря, направленность транспондеров, поляризация при установке антенны в реальных условиях?

4. Как определяются зоны радиовидимости.

5 Опишите назначение космической (КС) и земной станции (ЗС)

6 Опишите функции конвертора (LNB)

7 Основные достоинства геостационарных спутников.

8 Каковы параметры орбитальной группировки.

5 Лабораторная работа. Определение параметров спутникового канала изображения (по испытательным строкам первого и второго полей кадра)

5.1 Цель работы:

Приобретение навыков практической работы по определению качества спутниковых телевизионных каналов изображения с помощью сигналов испытательных строк.

5.2 Краткие теоретические сведения

Для систем цветного телевидения с разложением изображения на 625 строк приняты сигналы, вводимые в интервалы испытательных строк, форма которых приведена на рисунках 1 и 2.

Для задания точного местоположения составляющих измерительных сигналов каждую из строк разбивают на 32 интервала длительностью H/32 ±40 нc (Н - длительность строки). Интервалы отсчитывают относительно времени, соответствующего точке Он, расположенной на фронте строчного синхронизирующего импульса на уровне половины его размаха.

В строки 17 и 20 гасящего импульса полей вводят прямоугольный В2, синусквадратичный В1, сложный cинусквадратичный импульс F и пятиступенчатый сигнал Dl, в строки 18 и 21 вводят сигналы С1 и С2 для измерения амплитудно-частотных характеристик на дискретных частотах, в строки 330 и 333 - прямоугольный В2, синусквадратичный В1 импульсы и пятиступенчатый сигнал с насадкой цветовой поднесущей D2. В строки 331 и 334 вводят на пьедестале трехуровневый сигнал цветовой поднесущей G1 или G2 и опорный сигнал цветовой поднесущей Е.

В аналоговом ТВ испытательные строки, кроме контроля, используют для измерительных целей. Приведем качественные показатели ТВ канала, которые могут быть измерены непосредственно в процессе передачи с помощью рассмотренных измерительных сигналов.

Линейные искажения
Коэффициент передачи	В2
Амплитудно-частотная характеристика	С1 и С2
Искажения переходной характеристики в области средних времен	В2
Искажения переходной характеристики в области малых времен: - импульс белого - синусквадратичный импульс	B2 B1
Различие усиления сигналов яркости и цветности	В2 и G1 или Q2, а также В2 и F
Расхождение во времени сигналов яркости и цветности	F

Рисунок 5.1 – Сигналы, вводимые в испытательные строки: а – 17 и 20, б – 18 и 21

Нелинейные искажения
Нелинейность канала яркости	D1
Нелинейность канала цветности	G2
Влияние сигнала яркости на сигнал цветности: - дифференциальное усиление - дифференциальная фаза	D2 D2
Влияние сигнала цветности на сигнал яркости	В2 и G1 или G2

Рисунок 5.2 – Сигналы, вводимые в испытательные строки: а - 330 и 333, б - 331 и 334

5.3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка реализована на приемной станции спутниковой системы, состоящей из: параболической антенны диаметром 2,5м, малошумящего усилителя ТЭ-ПО 37-014 и аналогового спутникового приемника.

5.4 Содержание работы

5.4.1 Подготовить лабораторную установку к работе.

5.4.2 Определить отклонение размаха импульса белого от номинального значения.

5.4.3 Определить перекос вершины импульса белого В2.

5.4.4 Определить искажение уровня гашения.

5.4.5 Определить расхождение во времени сигналов яркости и цветности .

5.4.6 Определить отношение размахов импульсов В1 и В2 белого.

5.4.7 Определить различие усиления сигналов яркости и цветности.

5.4.8 Определить нелинейность канала цветности.

5.4.9 Определить величину влияния сигналов цветности на сигнал яркости.

5.4.10 Определить нелинейность в канале яркости.

5.4.11 Определить дифференциальное усиление.

5.4.12 Определить нелинейные искажения сигналов цветности.

5.4.13 Определить отклонение уровня сигнала цветности.

5.4.14 Определить искажения на низких частотах.

5.4.15 Определить отклонение уровня сигнала синхронизации.

5.4.16 Определить максимальную неравномерность сигнала пакетов шести частот.

5.5 Порядок выполнения работы

5.5.1 Подготовка лабораторной установки к работе осуществляется в следующем порядке:

1) включить приемник телевизионного сигнала;

2) к входу «Видео» монитора подключить кабель от МШУ-конвертора;

3) к разъему «Видео» приемника подключается осциллограф С1-81;

4) включить монитор;

5) включить осциллограф.

5.5.2 Размах импульса белого В2 определяют как разность между уровнями точек: соответствующей середине вершины импульса и лежащей за импульсом F (рисунок 1.1,а, точки b₂ и b₁). Отклонение размаха импульса белого от номинального значения выражают в процентах от 0,7 В.

5.5.3 Перекос вершины импульса белого В2 определяют как разность между уровнями точек: лежащей, отступя на 1 мкс от середины фронта импульса, и опережающей на 1 мкс середину среза импульса (точки b3 и b4). Разность уровней положительна, если точка b4 расположится выше точки b3. Перекос выражают в процентах размаха импульса белого.

5.5.4 Искажение уровня гашения определяют как разность уровней сигнала в точках b7 и b1. Точка b7 отстоит на 400 нc от середины среза импульса В2. Точка b1 находится перед началом ступенчатого элемента измерительного сигнала. Искажение выражают в процентах размаха импульса белого. Знак разности положителен, если точка b₇ расположена выше точки b₁.

5.5.5 Отношение размахов импульсов В1 и В2 белого определяют как разность размахов этих импульсов и выражают в процентах размаха импульса белого. Размах импульса В1 определяют относительно точки b₁. Знак разности считают положительным, если размах импульса В1 больше размаха импульса белого.

5.5.6 Различие усиления сигналов яркости и цветности (РУ) определяют как разность размахов составляющих сигнала цветности G1 или G2 и импульса белого и оценивают в процентах размаха импульса белого. Знак разности положителен, если сигнал цветности больше сигнала яркости

5.5.7 Расхождение во времени сигналов яркости и цветности (РВ) определяют как разницу между составляющими яркости и цветности сигнала F в наносекундах. Знак является положительным, если ось симметрии демодулированной составляющей цветности лежит за осью симметрии составляющей яркости, (сигнал цветности "отстает" от сигнала яркости). Осциллографом измеряют амплитуду огибающей основания элемента F( U₁, U₂ ) с учетом знака, размах элемента В ₂(U_D₂)

5.5.8 Нелинейность в канале яркости определяют с помощью ступенчатого сигнала D1 как разность между наибольшей и наименьшей высотами ступенек, выражают в процентах от уровня наибольшей ступеньки

5.5.9 Дифференциальное усиление оценивают с помощью сигнала D2 по амплитудной модуляции поднесущей, наложенной на ступенчатый сигнал. При этом определяют величины

где А₀ – размах поднесущей, расположенной на уровне гашения;

Амакс и Амин – максимальный и минимальный размахи поднесущей, расположенной на любой ступеньке.

Возможны два способа оценки результатов: по любой, наибольшей величине (х или у) и по сумме х+у. Иногда используют выражение

5.5.10 Влияние сигнала цветности на сигнал яркости определяют с помощью сигналов G1 и G2 (рисунок 2,б) после режекции поднесущей, как разность между размахами сигнала яркости в интервале сигнала G1 (или G2, точка b₅) и вне его (точка b₆). Оценивают в процентах от размаха импульса "белого" (импульс В2). Знак будет положительным, если точка b₅ находится выше точки b₆.

5.5.11 Нелинейность канала цветности определяют по двум уровням сигнала G2, оценивают в процентах с учетом знака по формуле

где U₁ и U₃ – размахи первой и третьей ступеней сигнала G₂

5.5.12 Искажения на низких частотах определяют как размах флуктуации уровня гашения (в полосе частот от 10 Гц до 2 кГц) и выражают в процентах относительно размаха импульса белого.

5.5.13 Отклонение уровня сигнала синхронизации определяют как разность между размахом синхронизирующих импульсов и их номинальным значением, равным 3/7 от размаха импульса белого, выражают в процентах. Знак берут положительным, если уровень синхронизирующих импульсов превышает их номинальное значение.

5.5.14 Отклонение уровня сигнала цветности определяют по изменению его размаха на уровне гашения (на первой ступеньке сигнала D2) и оценивают в процентах относительно номинального значения. Знак берут положительным, если размах сигнала цветности превышает номинальное значение.

5.5.15 Максимальную неравномерность сигнала пакетов шести частот определяют с помощью двух величин х_n и y_n, которые отражают максимальные разницы между размахами пакетов сигнала С2 и опорного А₀. Значения х_n и y_n выражают в процентах относительно А₀ (А₀ является размахом сигнала C1). Определяют величины по формулам

где А_макс и А_мин – наибольший и наименьший размахи пакетов, измеренных в точках, соответствующих половине их длительности.

5.6 Содержание отчета

5.6.1 Сигналы испытательных строк в пунктах передачи.

5.6.2 Сигналы испытательных строк в пунктах приема (с учетом искажений в канале).

5.6.3 Расчетные формулы и значения рассчитанных величин.

5.6.4 Выводы.

5.7 Контрольные вопросы

1 Назначение субблока УПЧ-ТЛВ.

2 Назначение субблока ФПЧ.

3 Назначение субблока ЧД.

4 Подготовка аппаратуры ( в том числе измерительной) к работе.

5 Назначение сигналов испытательных строк 17 и 20, 18 и 21.

6 Назначение сигналов испытательных строк 330 и 333, 331 и 334 _.

7 Методика определения параметров ТВ канала.

8 Назначение субблока усилителя-умножителя.

9 Назначение субблока смесителя-предварительного усилителя ПЧ.

10 Назначение субблока управляемого генератора.

6 Лабораторная работа. Определение характеристик субблока экспандер приемной спутниковой системы «Москва»

6.1 Цель работы:

Практическое изучение аппаратуры и методики определения параметров каналов звукового сопровождения (телевидение) систем спутникового вещания.

6.2 Краткие теоретические сведения

Для обеспечения требуемого отношения сигнал-шум в каналах звукового вещания (ЗВ) и звукового сопровождения ТВ (ЗСТВ) спутниковой системы применяются устройства шумоподавления: контуры предыскажения (ПК) на передаче и контуры восстановления (ВСК) на приеме, а также компандерные устройства (управляемые и неуправляемые).

6.2.1 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) приемного тракта каналов ЗВ и ЗСТВ в основном определяется постоянной времени восстанавливающего контура. Сняв АЧХ канала, можно определить постоянную времени ВСК, воспользовавшись зависимостью

, (6.1)

где – верхняя частота, на которой коэффициент передачи канала уменьшается в раза.

6.2.2 Устройства сжатия и расширения динамического диапазона звуковых сигналов – компандеры – характеризуются параметрами:

, (6.2)

, (6.3)

где - коэффициент компрессии;

– динамический диапазон сигналов на выходе компрессора;

– динамический диапазон сигналов на входе компрессора;

– коэффициент экспандирования;

– динамический диапазон сигналов на выходе экспандера;

– динамический диапазон сигналов на входе экспандера.

При этом необходимо выполнение условия

(6.4)

Приведенные формулы справедливы и для управляемого компандирования.

6.2.3 Защищенность канала ЗСТВ от псофометрического шума является одним из наиболее важных параметров канала, по которому нормируется его качество. Псофометрический (взвешенный) шум измеряется псофометром – вольтметром с квадратичной характеристикой, на входе которого включен контур с частотной характеристикой затухания, соответствующей частотной зависимости чувствительности слухового восприятия.

Псофометрическое напряжение шума может быть выражено через его действующее значение

, (6.5)

где - псофометрический коэффициент.

Защищенность от псофометрического шума можно вычислить по формуле

, (6.6)

где – номинальное напряжение сигнала на выходе канала.

6.2.4 Качество связи на РРЛ для видеоканалов нормируется отношением размаха сигнала изображения (0,7В) к визометрическому напряжению шума (Uш виз). Uш виз определяется прибором для измерения эффективных значений с взвешивающим фильтром (визометрическим), АЧХ которого позволяет учесть свойства зрения при восприятии флуктуационных помех в различных участках видеоспектра. В расчетах это свойство глаза учитывают введением визометрического коэффициента Кв

где Uш – напряжение шума, измеренное без взвешивающего фильтра.

Согласно рекомендациям МККР на выходе гипотетической эталонной цепи (ГЭЦ) протяженностью 2500 км отношение 20lg(0,7/Uшвиз) может быть менее 61 дБ в течение не более 20% времени любого месяца, менее 57 дБ соответственно не более 1% и менее 49дБ – не более 0,1%. С учетом изменения протяженности пролета РРЛ (l км) установленные нормы отношения сигнал-шум можно определить по формулам

20lg0,7/Uшвиз=49+10lg2500/l, (0,1%)

20lg0,7/Uшвиз=57+10lg2500/l, (1%)

20lg0,7/Uшвиз=61+10lg2500/l. (20%)

6.3 Описание лабораторной установки

Лабораторная установка реализована на субблоке экспандера канала ЗСТВ приемной станции спутниковой системы вещания «Москва» [3]. В системе применено управляемое компандирование. Субблок экспандера предназначен не только для восстановления исходного динамического диапазона сигналов, но также для восстановления его первоначального частотного спектра.

В лабораторной установке предусмотрено внутреннее (ВНУТР.) и внешнее (ВНЕШ.) управление. В режиме ВНУТР сигналы основного канала и канала управления поступают от субблока ОСЧ стойки. В режиме ВНЕШ имеется возможность раздельной подачи от генераторов сигнала основного канала (разъем на передней панели субблока ВХ. СИГН.) и сигнала канала управления (разъем ВХ. УПР.). Переключение режимов осуществляется с помощью тумблера B1 «УПР.».

6.4 Домашнее задание

Изучить устройство и работу приемной стойки «Москва – БПТ», работу и технические данные субблока экспандера.

6.5 Содержание лабораторной работы

6.5.1 Подготовить лабораторную установку к работе.

6.5.2 Снять зависимость коэффициента передачи экспандера канала ЗСТВ от величины управляющего напряжения частотой (11000±125) Гц. На основе экспериментальных данных определить коэффициент экспандирования.

6.5.3 Снять АЧХ основного канала в полосе от 50 до 10000 Гц. На основе экспериментальных данных определить постоянную времени восстанавливающего контура ЗСТВ.

6.5.4 Определить защищенность от псофометрического шума на выходе канала ЗСТВ.

6.5.5^{^[1]}^[*] Снять АЧХ восстанавливающего контура в диапазоне частот от 10 кГц до 5 МГц.

6.5.6^* Снять АЧХ визометрического фильтра в диапазоне частот от 10 кГц до 5 МГц.

6.6 Порядок выполнения работы

6.6.1 Подготовка лабораторной установки к работе осуществляется в следующем порядке:

1) тумблер Т1 «УПР» на субблоке ЭК-ЗВ установить в положение ВНУТР., а тумблер Т2 в положение ВКЛ;

2) тумблер на блоках БП–12,6–2 и БП–27–0,6 установить в положение ОТКЛ;

3) включить стойку в сеть переменного тока 220 В, 50 Гц;

4) тумблеры на блоках БП–12,6–2 и БП–27–0,6 установить в положение ВКЛ;

5) дать аппаратуре прогреться в течение 30 минут.

6.6.2 Для снятия зависимости коэффициента передачи экспандера канала ЗСТВ от величины управляющего напряжения собрать схему, приведенную на рисунке 1. Тумблер УПР. на субблоке ЭК-ЗВ поставить в положение ВНЕШ. Один милливольтметр В3-38 подключить к разъему Вых. ЭКСП. Вторым – поочередно установить уровни напряжений на выходе генераторов Г3-109. Вначале установить уровень и подстройкой частоты (11000±125) Гц добиться максимального значения выходного напряжения экспандера при подаче на вход основного канала ВХ.СИГН. напряжения с частотой 800 Гц. Затем, поддерживая частоту и уровень входного сигнала, снять зависимость .

Коэффициент передачи экспандера вычислить по формуле

Данные измерений и вычислений занести в таблицу 1.

Таблица 1.5

u_упр, мВ	2,5	5	7,5	10	12,5	15	17,5	20	22,5	25
u_вых_э, мВ
K_ПЭ, дБ

Построить график зависимости . Учитывая, что изменение управляющего напряжения от 2,5 до 25 мВ соответствует изменению сигнала основного канала от минимального до максимального, и приняв , определить коэффициент экспандирования по формуле (2.3). можно вычислить по формуле

. (6.8)

6.6.3 Для снятия АЧХ основного канала собрать схему, приведенную на рисунке 1. При измерении поддерживать неизменной частоту управляющего напряжения, установленную по п. 2.6.2, и уровень . Уровень входного сигнала основного канала установить , а частоту его изменять в диапазоне от 50 до 10000 Гц и при этом измерять . Данные занести в таблицу 2, построить график АЧХ в логарифмическом масштабе (обе оси) и определить постоянную времени восстанавливающего контура. в дБ определять по отношению к уровню 0,775 В.

Таблица 1.6

f_с, кГц	0.05	0.08	0.1	0.3	0.8	1	2	3	4	5	7	10
u_вых_э, мВ
u_вых_э, дБ

6.6.4 Для определения защищенности от псофометрического шума на выходе канала ЗСТВ собрать схему, приведенную на рисунке 2.

Тумблер Т1 УПР на субблоке ЭК-ЗВ установить в положение ВНУТР, а Т2 – в положение ВЫКЛ. Отключить от стойки входной СВЧ сигнал, поступающий по кабелю от малошумящего усилителя ТЭ-П037-014. Частоту управляющего сигнала установить в соответствии с п. 2.6.2, а уровень взять из таблицы 1 при (номинальный уровень выходного сигнала экспандера).

Псофометром на выходе экспандера измерить псофометрическое напряжение шума (сопротивление нагрузки канала 600 Ом).

Защищенность от псофометрического шума вычислить по формуле

. (6.9)

6.6.5 Снятие АЧХ восстанавливающего контура и визометрического фильтра

Рисунок 9 – Структурная схема установки для измерения АЧХ ВСК и Визометрического фильтра

6.6.6 Собрать установку согласно рисунку 9. Соединить выход “µV” генератора Г4-102 с входом восстанавливающего контура и одновременно с милливольтметром 1 (В3-38) через тройниковый разветвитель, а выход контура – со вторым милливольтметром B3-38.

6.6.7 Поддерживая на входе контура постоянное напряжение 0,5 В, изменять значение генерируемой частоты от 0,1 до 5 МГц и снимать значения выходного напряжения (по образцу таблицы 1).

Таблица 1.7

f, МГц	0,1	0,2	0,4	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,5	4,7	4,8	4,9	5,0
Uвх, мВ
Uвых/(0,5 В)

6.6.8 Заменить блок восстанавливающего контура блоком визометрического фильтра и повторить пункты 3.5.1.1 и 3.5.1.2.

6.7 Содержание отчета

6.7.1 Структурные схемы измерений.

6.7.2 Таблицы экспериментальных и расчетных данных.

6.7.3 Графики зависимостей ,

6.7.4 Выводы.

6.8 Контрольные вопросы

6.8.1 Технические данные каналов ЗСТВ и РВ система «Москва».

6.8.2 Порядок подготовки аппаратуры (в т.ч. измерительной) к работе.

6.8.3 Назначение восстанавливающего контура в канале ЗСТВ.

6.8.4 Методика определения постоянной времени восстанавливающего контура по экспериментальным данным.

6.8.5 Назначение экспандера в канале ЗСТВ.

6.8.6 Объяснить работу экспандера по схеме электрической принципиальной.

6.8.7 Назначение псофометра.

6.8.8 Методика определения защищенности от псофометрического шума.

6.9 Содержание отчета

Отчет должен содержать: титульный лист, цель работы, структурные схемы лабораторной установки, наблюдения, таблицы, графики, озаглавленные согласно содержанию работы, выводы по работе о достижении цели работы. В выводах целесообразно также указать основные закономерности поведения графиков, несовпадения результатов с ожидаемыми и возможную причину несовпадения.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Внешний вид и расположение разъемов

front

Внешний вид ресивера спереди

Внешний вид ресивера сзади

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Внешний вид пульта дистанционного управления

1. Power – используется для перевода приёмника в режим ожидания или в рабочий режим;

2. 0-9 – используются для переключения каналов путём ввода номера или для ввода других цифровых значений;

3. Pg+/Pg- - используются для пролистывания страниц меню;

4. TV/RADIO – используется для переключения тюнера в режим телевизионного и радиоприёма;

5. MUTE – для временного выключения звука;

6. FAV – с помощью этой кнопки можно переключать списки избранных каналов;

7. EPG – электронный справочник по программам;

8. LAST – используется для вызова последнего просмотренного канала;

9. TEXT (ЗЕЛЕНАЯ) – включение режима субтитров. Также эта кнопка выполняет ту же функцию, что и ЗЕЛЕНАЯ кнопка в меню;

10. ALT (ЖЕЛТАЯ) – эта кнопка служит для выбора списка звуковых дорожек для текущего сервиса. Также эта кнопка выполняет ту же функцию, что и ЖЕЛТАЯ кнопка в меню;

11. АУДИО (СИНЯЯ) – эта кнопка используется для включения воспроизведения звука левого, правого или обоих каналов. Также эта кнопка выполняет ту же функцию, что и СИНЯЯ кнопка в меню;

12. ИНФОРМАЦИЯ (КРАСНАЯ) – эта кнопка используется для отображения окна информации о программе;

13. MENU – для вызова меню и возврата к предыдущему подуровню меню;

14. EXIT – для выхода из меню или возврата из раздела меню;

15. OK – эта кнопка используется для подтверждения ввода данных, выбора подпунктов меню, а в режиме просмотра телепрограммы – для вызова списка каналов;

16. ▲▼, ◄► - стрелки используются для перемещения курсора в меню, пролистывания списка каналов и для регулирования громкости звука;

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Схема подключения приборов для снятия характеристики управления и снятия амплитудно – частотной характеристики

Словарь терминов:

Carrier - Несущая – центр частотного диапазона передаваемого аналогового сигнала (радио, телевизионного или телефонного);

CVBS - composite video blanking synchronizing signal, полный ТВ сигнал

DiSEqC Digital Satellite Equipment Control - Стандарт управления различным ведомым спутниковым оборудованием - LNB, переключателями, поляризаторами, позиционерами и т.п.;

DVB Digital Video Broadcasting - Общий международный стандарт цифровой передачи мультимедиа. Для спутниковых систем – DVB-S;

F-коннектор - Стандартный разъем для подключения конвертора (LNB) к приемнику;

LNA Low-Noise Amplifier - Предусилитель сигнала между антенной и приемником земной станции;

LNB Low-Noise Block Downconverter - Устройство, объединяющее в себе LNA и понижающий конвертор (преобразующий принимаемые антенной сигналы в более низкий частотный диапазон), прикрепляемое к облучателю;

Longitude – географическая долгота, обозначается числом (в градусах) и буквой (E или W (восточная или западная)). Например: «5E» обозначает «пять градусов восточной долготы»;

MPEG Moving Picture Experts Group - Группа стандартов для сжатия и передачи аудио и видео сигналов (MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-7);

NTSC National Television Standards Committee - Стандарт видео, принятый в США и адаптированный рядом других стран (525 строк, 60 Гц);

PAL Phase Alternation System - ТВ-стандарт, разработанный в Германии (625 строк, 50 Гц);

Positioner – сервопривод позиционирования антенны;

RCA-разъем “Колокольчик” - Разъем для подключения внешней аппаратуры (аудио и др.);

RS232C - Стандарт последовательного интерфейса для подключения оборудования передачи данных;

SCART-разъем - 21-контактный штыревой разъем для подключения внешних устройств к видео-оборудованию;

Secam - Система цветного телевидения, разработанная во Франции и применяемая в России (625 строк, 50 Гц). Не совместима с PAL и NTSC;

S/N Signal to Noise Ratio - Соотношение мощности сигнала и мощности шума, измеряемое в dB;

Transponder - (Транспондер) - Устройство, входящее в состав оборудования спутника, принимающее с Земли и ретранслирующее на Землю радиосигналы ТВ-каналов;

Условные обозначения

SN- Satellite Name- спутниковое название

AZ – Azumyt- азимут

UP – UpLink Frequency – частота передачи информации в космос (направление «вверх»)

DN – DownLink Frequency – частота передачи информации из космоса (направление «вниз»)

DO – Doppler Offset – погашение доплеровского эффекта

RR – Range Rate – норма диапазона (реакция на облучение)

EL - Elevation – возвышение

LA – Latitude - широта

LO – Longitude – долгота

AL- Altitude – высота

Scape – ствол колонны

Launch Pad – стартовая площадка (запуск клавиатуры)

Pass Prediction – предсказание прохода

Settings – установочный параметр

Iridium Flare Predictions – иридиевые предсказания вспышки

Locations – позиция

Horizon View – представление горизонта

Sunrise – восход солнца

Список литературы

Системы радиосвязи: Учебник для вузов (Н.И.Калашников и др.). – М.: Радио и связь, 1988.
Мордухович Л.Г., Степанов А.П. Системы радиосвязи. Курсовое проектирование. – М.: Радио и связь, 1987.
Приемная станция спутниковой системы вещания «Москва». Методические указания к практическим занятиям. – Алма-Ата, 1988. –36 с.
Спутниковая связь и вещание: Справочник/Под ред. Л.Я.Кантора. – М: Радио и связь, 1996г.
Усилительные устройства. Г.В.Войшвило.
Немировский А.С., Рыжков Е.В. Системы связи и радиорелейные линии. – М.: Связь, 1980.
Ползик Е.В., Ким Д.О.