Некоммерческое акционерное общество
Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра радиотехники
СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ ПОДВИЖНОЙ РАДИОСВЯЗИ, РАДИОНАВИГАЦИИ И ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
Методические указания и контрольные задания по выполнению курсового проекта
для студентов всех форм обучения специальности
050719 - Радиотехника, электроника и телекоммуникации
Алматы 2009
СОСТАВИТЕЛЬ: А.П.Кондратович. Спутниковые системы подвижной радиосвязи, радионавигации и дистанционного зондирования Земли.
Методические указания и контрольные задания к выполнению курсовой работы для студентов всех форм обучения специальности 050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникация – Алматы: АИЭС, 2009. – 13с.
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 всех форм обучения специальности РЭТ.
1 Общие положения
Курсовая работа по дисциплине "Спутниковые системы подвижной радиосвязи, радионавигации и дистанционного зондирования Земли" 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.
2 Тематика курсовых работ
2.1 Перечень вариантов типовых заданий к курсовым работам
Объектами рассмотрения в курсовых работах 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 |
Система спутниковой связи Globalstar |
|
2 |
Система спутниковой связи Iridium |
|
3 |
Система спутниковой связи Гонец |
|
4 |
Система спутниковой связи Сигнал |
|
5 |
Система спутниковой связи Inmarsat |
|
6 |
Система спутниковой связи Ellipso |
|
7 |
Система спутниковой связи Odyssey |
|
8 |
Система спутниковой связи Thuraya |
|
9 |
Национальная система спутниковой связи США ACS/MCS |
|
10 |
Система спутниковой связи Марафон |
|
11 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Galileo |
|
12 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Navstar |
|
13 |
Глобальная система спутниковой радионавигации Глонасс |
|
14 |
Европейская космическая система дистанционного зондирования Земли ERS |
|
15 |
Канадская система спутниковой разведки природных ресурсов Земли Radarstar |
|
16 |
Спутниковая метеорологическая система NOAA |
|
17 |
Российская метеорологическая система Метеор |
|
18 |
Индийская космическая система Insat |
|
19 |
Национальная система спутниковой связи Канады Msat |
|
20 |
Система спутниковой связи 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 20 40 60 80 |
11 |
10 30 50 70 90 |
|
2 |
01 21 41 61 81 |
12 |
11 31 51 71 91 |
|
3 |
02 22 42 62 82 |
13 |
12 32 52 72 92 |
|
4 |
03 23 43 63 83 |
14 |
13 33 53 73 93 |
|
5 |
04 24 44 64 84 |
15 |
14 34 54 74 94 |
|
6 |
05 25 45 65 85 |
16 |
15 35 55 75 95 |
|
7 |
06 26 46 66 86 |
17 |
16 36 56 76 96 |
|
8 |
07 27 47 67 87 |
18 |
17 37 57 77 97 |
|
9 |
08 28 48 68 88 |
19 |
18 38 58 78 98 |
|
10 |
09 29 49 69 89 |
20 |
19 39 59 79 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. |
|||
2.2 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.
2.3 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 и т.п.
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.)
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.
Текст пояснительной записки должен быть разбит на разделы. Все иллюстративные материалы должны иметь порядковые номера и подрисуночные подписи.
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.
5 Рекомендации по выполнению некоторых расчетов
5.1 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
где Рпер - эффективная мощность на выходе передатчика;
ηпер - коэффициент передачи по мощности волноводного тракта;
Gnep - коэффициент усиления передающей антенны относительно изотропного излучателя.
Затухание энергии сигнала в свободном пространстве - уменьшение плотности потока мощности при удалении от излучателя
Полное значение потерь на трассе
При согласовании волновых сопротивлении антенны, элементов тракта и приемника мощность сигнала на входе приемника
Рисунок 1 - Структурная схема и диаграмма уровней одного участка линии спутниковой связи
Если Snp - эффективная площадь апертуры антенны, то ее коэффициент усиления имеет вид
тогда
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 (P/Pш)вx , то в формулу необходимо подставить РПР = Рш (Рс /Рш) где суммарная мощность шума выражается формулой
где k- постоянная Больцмана;
Т∑ - эквивалентная шумовая температура всей приемной системы с учетом внутренних и внешних шумов;
Δf - 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 Пщ на входе демодулятора, Вт;
Пщ - ширина полосы пропускания тракта, предшествующего демодулятору (шумовая полоса), Гц;
Т∑ - эквивалентная эффективная шумовая температура приемника ЗС, включающая в себя шумовую температуру антенны и приемника, К;
к=1,38·1023 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;
Ргтв - верхняя граничная частота спектра ТВ сообщения, которая должна быть принята равной 5 МГц при использовании унифицированного взвешивающего фильтра (УВФ);
ΔfTB=Afp/0,7 — полный размах девиации частоты ( с учетом синхроимпульсов);
Δfp - размах девиации частоты, соответствующий сигналу изображения (без синхроимпульсов);
кх – кпи + кта - результирующий выигрыш, обусловленный введением предыскажений и использованием взвешивающего визометрического фильтра, учитывающего особенности спектральной чувствительности человека.
При К∑=13,2 дБ(УВФ) получим
5.2 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 гS 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.
Список литературы
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 Макаренко Д. Услуги подвижной спутниковой связи // Технологии и средства связи, 2003.-№5.
5 Гарбук С.В., Гершензон В.Е. Космические системы дистанционного зондирования Земли. - М.: Издательство А и Б, 1997.
6 Леонтьев Б.К. GPS: Все, что Вы хотели знать, но боялись спросить. Неофициальное пособие по глобальной системе местоопределения, 2006.
7 Сайт http:www.gisa.ru/navigat
8 В.Н.Харисова, А.И.Перова, В.А.Болдина Глобальная спутниковая радионавигационная система ГЛОНАСС: М ИПРЖР: 1998.
Содержание
1 Общие положения 3
2 Тематика курсовых работ 3
2.1 Перечень вариантов типовых заданий к курсовым работам 3
2.2 Объем и содержание курсовой работы 5
2.3 Расчетная часть 6
3 Оформление пояснительной записки 6
4 Порядок защиты курсовой работы 6
5 Рекомендации по выполнению некоторых расчетов 7
5.1 Энергетический расчет спутниковой лини связи 7
5.2 Учет релятивистских эффектов 10
Список литературы 11
Приложение А Образец титульного листа курсовой работы 12
Приложение Б Образец задания на курсовую работу 13
Приложение А
Образец титульного листа курсовой работы
НАО Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра радиотехники
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: Система спутниковой связи «Odissey»
Специальность «Космические системы связи»
Выполнил Иманбетов Р. А. Группа КСС – 04 – 1
Руководитель Проф., канд. техн. наук Бутузов Ю.А.
« 17 » 03 200 9г.
Алматы 2009
Приложение Б
Образец задания на курсовую работу
НАО Алматинский институт энергетики и связи
Кафедра радиотехники
Задание
На выполнение курсовой работы по предмету:
Спутниковые системы подвижной радиосвязи, радионавигации и дистанционного зондирования земли.
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.