Некоммерческое акционерное общество
АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ
Кафедра радиотехники
СИСТЕМЫ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ И КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СЛЕЖЕНИЯ
Методические указания
по выполнению курсовой работы для студентов специальности
5В071900 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2013
СОСТАВИТЕЛЬ: А.П.Кондратович. Системы видеонаблюдения и космические системы слежения. Методические указания и контрольные задания к выполнению курсовой работы для студентов специальности 5В071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникация – Алматы: АУЭС, 2013. – 14с.
Методические указания содержат краткие рекомендации по выполнению курсовой работы , варианты заданий, таблицы для выбора варианта задания, а также перечень рекомендуемой литературы.
Методические указания предназначены для студентов специальности РЭТ
Таблиц - 2, ил. – 1, библиогр. – 7 назв.
Рецензент: канд. техн. наук, профессор, А.С. Байкенов
Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества «Алматинский университет энергетики и связи» на 2012 г.
ã НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013 г.
Введение
Курсовая работа по дисциплине «Системы видеонаблюдения и космические системы слежения» выполняется на заключительном этапе изучения курса и ставит следующие цели:
- систематизация и расширение теоретических и практических знаний по курсу;
- овладение методикой исследования и навыками самостоятельной работы при решении конкретных задач;
- овладение навыками работы с технической литературой и навыками получения необходимых сведений из сети Интернет;
- развитие умения использовать вычислительную технику при выполнении расчетов.
Для решения этих задач в ходе выполнения курсовой работы следует познакомиться с состоянием и тенденциями мировой космической деятельности, включая спутниковые системы подвижной радиосвязи, системы радионавигации и дистанционного зондирования Земли, с перечнем оказываемых этими системами услуг.
Необходимо рассмотреть построение и технические данные космических, наземных и абонентских сегментов этих систем. Выполнить расчет ряда характеристик спутниковых каналов (например, эффективность использования частотного ресурса, плотность потока мощности у поверхности Земли, ослабление сигналов на пути распространения от космической станции к земной и др.).
В курсовой работе должны быть выполнены расчеты характеристик спутникового канала, причем не только информационного, но и каналов контроля и управления.
Важно также по рассматриваемой тематике познакомиться с Государственной программой «Развитие космической деятельности в Республике Казахстан на 2008-2020 годы».
Курсовая работа оформляется в виде пояснительной записки, со всеми необходимыми расчетами, схемами и графиками. Курсовая работа завершается ее защитой.
1 Задание на курсовую работу
1.1 Перечень вариантов заданий к курсовой работе
Объектами рассмотрения в курсовой работе являются спутниковые системы подвижной радиосвязи, системы управления спутником, системы радионавигации и дистанционного зондирования Земли. Варианты заданий приведены в таблице 1, а кодировка вариантов - в таблице 2.
Т а б л и ц а 1 - Варианты заданий к курсовой работе
Вариант |
Рассматриваемая система |
1 |
Израильская спутниковая система EROS |
2 |
Спутниковая система США Landsat |
3 |
Японский спутник ALOS/Daichi |
4 |
Российский спутник Ресурс -ДК1 |
5 |
Индийская спутниковая система CartoSAT |
6 |
Европейский спутник (Германия) TerraSAR-X |
7 |
Канадский спутник Radarsat-1 |
8 |
Спутник GeoEye-1 |
9 |
Спутниковая система США Landsat |
10 |
Канадский спутник Radarsat-2 |
11 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Galileo |
12 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Navstar |
13 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Глонасс |
14 |
Европейская космическая система TopSat |
15 |
Белорусский спутник БелКА |
16 |
Спутниковая метеорологическая система NOAA |
17 |
Российская метеорологическая система Метеор |
18 |
Европейская (Италия) спутниковая система COSMO SkyMed |
19 |
Китайская спутниковая система HJ-1/Хуан Цзин-1 |
20 |
Российская система Океан |
Т а б л и ц а 2 - Кодировка вариантов к курсовой работе
Варианты |
Две последних цифры номера зачетной книжки |
Варианты |
Две последних цифры номера зачетной книжки |
1 |
00 01 02 03 04 |
11 |
50 51 52 53 54 |
2 |
05 06 07 08 09 |
12 |
55 56 57 58 59 |
3 |
10 11 12 13 14 |
13 |
60 61 62 63 64 |
4 |
15 16 17 18 19 |
14 |
65 66 67 68 69 |
5 |
20 21 22 23 24 |
15 |
70 71 72 73 74 |
6 |
25 26 27 28 29 |
16 |
75 76 77 78 79 |
7 |
30 31 32 33 34 |
17 |
80 81 82 83 84 |
8 |
35 36 37 38 39 |
18 |
85 86 87 88 89 |
9 |
40 41 42 43 44 |
19 |
90 91 92 93 94 |
10 |
45 46 47 48 49 |
20 |
95 96 97 98 99 |
П р и м е ч а н и е - По согласованию с руководителем разрешается осуществлять замену рассматриваемой системы на более современную и перспективную при условии, что эта система не входит в перечень, приведенный в таблице 1. |
1.2 Объем и содержание курсовой работы
Курсовая работа включает в себя следующие разделы:
- титульный лист;
- техническое задание;
- содержание;
- введение;
- анализ построения и технических данных космического сегмента системы;
- анализ построения и технических данных наземного сегмента системы; - анализ построения и технических данных абонентского
(пользовательского) сегмента системы (при наличии);
- расчетная часть (распечатка программы и результат расчета на ПК);
- заключение;
- перечень принятых сокращений и принятых терминов;
- список литературы;
- приложения.
Примерный объем пояснительной записки 20 - 25 листов формата А4.
1.3 Расчетная часть
В расчетной части рассматриваются следующие вопросы:
- требуемые мощности передатчиков космических, земных станций и абонентских терминалов;
- шумовые температуры приемных трактов космических, земных станций и абонентских терминалов;
- электромагнитную совместимость различных систем, использующих совмещенную полосу частот;
- эффективность использования частотного ресурса;
- плотность потока мощности у поверхности Земли;
- ослабление сигналов на пути распространения от космической станции к земной.
В курсовой работе должны быть выполнены расчеты не менее двух параметров системы.
Конкретную тематику расчетов определяет ведущий преподаватель при выдаче технического задания на выполнение курсовой работы.
Все расчеты должны быть выполнены с помощью компьютерных программ типа MATCAD, MATLAB или подобных. Предпочтение должно отдаваться специализированным программам расчета, разработанным студентом на современном программном языке (DELPHY и др.)
2 Методические указания по выполнению основных расчетов
2.1 Энергетический расчет спутниковой лини связи
Задача энергетического расчета - определение основных энергетических параметров, обеспечивающих требуемое качество передачи сигналов по спутниковой линии связи.
Выбираем общую структуру системы, в результате чего определяем диапазоны частот, методы многостанционного доступа и использование полосы частот, режим работы ретранслятора, используемые виды и параметры модуляции, зоны обслуживания и т. п.
Энергетическими параметрами линии связи являются мощность передатчика, коэффициенты усиления передающей и приемной антенн, эквивалентная шумовая температура приемного устройства в целом.
Рассмотрим один участок спутниковой линии, состоящей из передающего и приемного устройства, антенного тракта и тракта распространения, как это показано на рисунке.
Пропускная способность спутниковой линии ограничивается, с одной стороны, шириной полосы пропускания, а с другой - энергетикой участка «вниз».
Эквивалентная изотропно излучаемая мощность (ЭИИМ) передающей станции:
E = PПЕРηПЕРGПЕР ,
где PПЕР - эффективная мощность на выходе передатчика;
ηПЕР - коэффициент передачи по мощности волноводного тракта;
GПЕР - коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.
Затухание энергии сигнала в свободном пространстве - уменьшение плотности потока мощности при удалении от излучателя:
L0 = 16π2d2/ λ2,
где λ- длина волны;
d - наклонная дальность (расстояние между передающей и приемной антеннами).
Рисунок 1 - Структурная схема и диаграмма уровней одного участка
линии спутниковой связи
Полное значение потерь на трассе:
LΣ = L0 LДОП .
При согласовании волновых сопротивлений антенны, элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника:
Если SПР - эффективная площадь апертуры антенны, то ее коэффициент усиления имеет вид:
,
то
Формула позволяет определить необходимую мощность передатчика по заданному значению мощности сигнала на входе приемника.
Если заданы не мощность сигала на входе приемника, а отношение «сигнал-шум» на входе приемника (Рс/Рш)вх , то в формулу необходимо подставить РПР = Рш (Рс /Рш )вх, где суммарная мощность шума выражается формулой
,
где k- постоянная Больцмана;
TΣ - эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с учетом внутренних и внешних шумов;
ΔfШ - эквивалентная шумовая полоса приемника.
Иногда при расчете энергетики спутниковых линий необходимо знать напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли Ао, или плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли W:
,
где rо=120π - волновое сопротивление свободного пространства;
Ао измеряется в милливольт на метр (мВ/м);
W - в ватт на квадратный метр (Вт/м2).
Следовательно,
Качество связи оценивается для цифровых методов передачи частостью ошибок, приходящихся на 1 бит. При этом для различных случаев частость ошибок составляет 10-6, 10-4, 10-3. При правильных методах измерений она близка к вероятности ошибочного приема:
где Еэ/No выбирается из таблиц [3] для различных видов модуляции.
В роли критерия качества при передаче ТФ сообщений аналоговым методом используют мощность шума на выходе канала, при передаче ТВ сообщений - отношение «сигнал-шум» на выходе канала, а при использовании цифровых методов - часть ошибок, которая определяется отношением мощности сигнала к мощности шума на входе приемника.
На практике лучше использовать более общий критерий - отношение средней мощности модулированного сигнала на входе демодулятора к средней мощности шума, называемый отношение «несущая-шум» и определяемый по формуле:
,
где РС - средняя мощность модулированного сигнала в полосе ПШ на входе демодулятора, Вт;
ПШ - ширина полосы пропускания тракта, предшествующего демодулятору (шумовая полоса), Гц;
TΣ - эквивалентная эффективная шумовая температура приемника ЗС, включающая в себя шумовую температуру антенны и приемника, К;
k=l,38•10 23 Вт/(Гц•К) — постоянная Больцмана.
Во многих случаях удобно использовать отношение средней мощности модулированного сигнала к спектральной плотности мощности шума, Гц или дБ•Гц.
Например, при передаче ТВ с помощью ЧМ параметры качества на входе демодулятора и выходе канала связаны следующим образом
,
где [С/Ш] — отношение мощности сигнала, соответствующей квадрату напряжения сигнала изображения (без синхроимпульсов), к визометрически взвешенной мощности шума, дБ;
F2ТВ - верхняя граничная частота спектра ТВ сообщения, которая должна быть принята равной 5 МГц при использовании унифицированного взвешивающего фильтра (УВФ);
ΔfTB=ΔfР/0,7 — полный размах девиации частоты ( с учетом синхроимпульсов);
ΔfР - размах девиации частоты, соответствующий сигналу изображения (без синхроимпульсов);
кх = кпи+ ктв - результирующий выигрыш, обусловленный введением предыскажений и использованием взвешивающего визометрического фильтра, учитывающего особенности спектральной чувствительности человека.
При кΣ = 13,2 дБ(УВФ) получим:
2.2 Учет релятивистских эффектов
Эти эффекты являются следствием движения спутника в гравитационном поле Земли, он создает дополнительное возмущающее ускорение, которое не столь велико и учитывается при численном интегрировании орбит спутников.
Гравитационное поле вызывает также дополнительное пространственно-временное искривление пути распространения сигнала. Увеличение дальности
где rs и rR - расстояния от центра Земли до спутника и приемника;
μ= G*M♀= 3986005 -10s м3/с2 - гравитационная постоянная Земли.
Согласно теории относительности, ход времени в собственной координатной системе спутника отличается от хода в земной системе из-за разницы гравитационных потенциалов и из-за движения спутника. Для спутников GPS это приводит к смешению частоты его базового генератора, которое можно рассчитать по формуле:
где V- скорость спутника;
fs- частота, сформированная на спутнике;
fR - частота, принятая на Земле.
3 Оформление пояснительной записки
Пояснительная записка выполняется на персональном компьютере с распечаткой на принтере на листах белой бумаги с одной стороны.
При этом необходимо соблюдать требования, изложенные в стандарте института на оформление учебных работ.
Пояснительная записка должна быть написана в сжатой форме с четкими формулировками и определениями. Применяемые термины должны быть стандартными или являться общепринятыми в технической литературе.
4 Порядок защиты курсовой работы
Пояснительная записка сдается на проверку руководителю за 2 -4 дня до защиты и возвращается студенту с указанием о допуске к защите, если не выявлены грубые ошибки.
Защита состоит из краткого доклада студента (5-7 мин) о выполненной работе. Затем студент отвечает на вопросы по своей работе. Работа оценивается по совокупности оценок за выполнение курсовой работы и ее защиту.
Приложение А
Образец титульного листа курсовой работы
НАО Алматинский университет энергетики и связи
Кафедра радиотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
По предмету:
Системы видеонаблюдения и космические системы слежения
Тема: Система спутниковой связи «Odissey»
Работу выполнил студент
группы
КСС – 04 – 1Иманбетов Р.А./________/
№ зачетн. кн. 0432030
«15 марта 2013г.
Работу принял
Профессор каф. РТ, к.т.н. Бутузов Ю.А. /
9 ( Отл)
«17» 03 2013г
Алматы 2013
Приложение Б
Образец задания на курсовую работу
НАО Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра радиотехники
Задание
На выполнение курсовой работы по предмету:
Системы видеонаблюдения и космические системы слежения
Студенту Иманбетову Р.А. группы КСС – 04 – 1
Тема: Система спутниковой связи «Odissey»
В общей части работы рассмотреть следующие вопросы:
1 Анализ построения и технические данные космического сегмента системы;
2 Анализ построения и технические данные абонентского сегмента системы;
В расчетной части выполнить следующие расчеты:
1 Расчет линии «вверх» спутниковой системы связи
2 Потери при передаче в свободном пространстве
3 Напряженность электромагнитного поля, создаваемого излучением ИСЗ на поверхности Земли;
4 Плотность потока мощности излучения ИСЗ у поверхности Земли
Литература: 1. Проект государственной программы "Развитие космической деятельности в Республике Казахстан на 2008 - 2020 годы", 2007
2. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 1998.
3. Спутниковая связь и вещание: Справочник. - 3-е изд., Под ред. Л.Я. Кантора. - М.: Радио и связь, 1997.
4. Гарбук СВ., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Издательство А и Б, 1997.
Преподаватель Бутузов Ю.А.
Список литературы
1. Проект государственной программы «Развитие космической деятельности в Республике Казахстан на 2008 - 2020 годы», 2007.
2. Соловьев Ю.А. Системы спутниковой навигации. - М.: Эко-трендз. 2003
3.Спутниковая связь и вещание: Справочник. - 3-е изд., Под ред. Л.Я.Кантора. - М.: Радио и связь, 1997.
4. Козин И.Д. Спутниковые радионавигационные системы. Учебное пособие. - НАО АИЭС, 2006.
5. Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Издательство А и Б, 1997.
6. Чандра А.М., Гош С.К. Дистанционное зондирование и географические информационные системы— Москва: Техносфера, 2008.
7. Сайт http:www.gisa.ru/navigat
Содержание
|
||||||||||||||||||||||||||
|
Сводный план 2012 г., поз.136