Исследование атмосферы планеты Венера (kursovik)

Посмотреть архив целиком

0



Московский ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ Авиационный Институт имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

(технический университет)










Кафедра 402

радиосистемы управления и передачи информации”





Курсовой проект


на тему


Исследование атмосферы планеты Венера










Выполнил:

студент группы 04-519

Аленчиков Алексей

Проверил:

преподаватель

Большов О. А.














Москва 2016 год




Содержание

Задание 3

Планета Венера 4

Общие сведения 4

Атмосфера планеты Венера 5

Цифровая радиолиния с проверочной обратной связью 5

Уплотнение и разделение каналов 7

Частотное уплотнение и разделение каналов 8

Временное уплотнение и разделение каналов 9

Цифровая радиолиния с сигналом КИМ-ФМ 11

Основной тракт радиолинии 12

Система фазовой автоподстройки частоты (ФАП) 12

Система синхронизации 14

Борьба с импульсными помехами 16

Расчет 19

Определение параметров имитационной модели 20

Анализ результатов расчета и моделирования 22

Литература 22


Задание


Планета Венера

Рассмотрим космический объект, который должен быть изучен в ходе исследований, проведенных ниже описанной системой. Надо заметить, что такие системы до сих пор ни кто не сделал, и в ближайшем будущем вряд ли будет делать.

Общие сведения

Венера, вторая по счету планета Солнечной системы. Она имеет такой же размер, как Земля, а ее масса более 80% земной массы. Расположенная ближе к Солнцу, чем наша планета, Венера получает от него в два с лишним раза больше света и тепла, чем Земля.

Рисунок 1 Планета Венера

Венера подходит к Земле ближе, чем какая-либо другая планета. Но плотная, облачная атмосфера не позволяет непосредственно видеть ее поверхность. Снимки, сделанные с помощью радара, демонстрируют очень большое разнообразие кратеров, вулканов и гор. Температура поверхности достаточно высока, чтобы расплавить свинец, а когда-то на этой планете, возможно, имелись обширные океаны. Венера имеет почти круговую орбиту, которую она обходит за 225 земных суток на расстоянии 108,2 млн. км от Солнца. Поворот вокруг оси Венера совершает за 243 земных дня - максимальное время среди всех планет. Вокруг своей оси Венера вращается в обратную сторону, то есть в направлении, противоположном движению по орбите. Такое медленное, и притом обратное, вращение означает, что, если смотреть с Венеры, Солнце восходит и заходит всего лишь два раза за год, поскольку венерианские сутки равны 117 нашим. Венера подходит к Земле на расстояние 45 млн. км - ближе, чем любая другая планета. По своим размерам Венера лишь немного меньше Земли, и масса у нее почти такая же. По этим причинам Венеру иногда называют близнецом или сестрой Земли. Однако поверхность и атмосфера этих двух планет совершенно различны. На Земле есть реки, озера, океаны и атмосфера, которой мы дышим. Венера - обжигающе горячая планета с плотной атмосферой, которая была бы губительной для человека.

До начала космической эры астрономы знали о Венере очень мало. Плотная облачность мешала им увидеть ее поверхность в телескопы. Космическим кораблям удалось пройти сквозь атмосферу Венеры, состоящую в основном из углекислого газа с примесями азота и кислорода. Бледно-желтые облака в атмосфере содержат капельки серной кислоты, выпадающей на поверхность кислотными дождями. Орбита Венеры ближе к Солнцу, чем орбита Земли. Когда Венера находится с противоположной стороны, освещен весь ее диск, а когда она расположена между Землей и Солнцем, мы видим только часть освещенного Солнцем полушария. По этой причине у Венеры, как и у Луны, имеются различные фазы в зависимости от ее местоположения на орбите.

Атмосфера планеты Венера

Атмосфера Венеры крайне жаркая и сухая. Температура на поверхности достигает своего максимума примерно у отметки 480°С. В атмосфере Венеры содержится в 105 раз больше газа, чем в атмосфере Земли. Давление этой атмосферы у поверхности очень велико, в 95 раз выше, чем на Земле. Космические корабли приходится конструировать так, чтобы они выдерживали сокрушительную, раздавливающую силу атмосферы.

Рисунок 2 "Венера-4"

В 1970 г. первый космический корабль, прибывший на Венеру, смог выдержать страшную жару лишь около одного часа - этого как раз хватило, чтобы послать на Землю данные об условиях на поверхности. Российские летательные аппараты, совершившие посадку на Венеру в 1982 г., послали на Землю цветные фотографии с изображением острых скал.

Благодаря парниковому эффекту, на Венере стоит ужасная жара. Атмосфера, представляющая собой плотное одеяло из углекислого газа, удерживает тепло, пришедшее от Солнца. В результате скапливается большое количество тепловой энергии.

Цифровая радиолиния с проверочной обратной связью

Рассмотрим обратную связь, используемую в системе связи “шар-зонд” – ИСВ. Один из эффективных методов повышения достоверности передачи информации основан на использовании радиолинии с проверочной обратной связью. Такие радиолиния содержат прямой канал (“шар-зонд” “ИСВ”) и обратный канал (“ИСВ” — “шар-зонд”). С помощью обратной связи осуществ­ляется контроль за прохождением передаваемой информации. В результате применения обратной связи достигается исправление обнаруженных ошибок при приеме переданной информации и «стирание» ложных команд, возникающих в паузах, при наличии соответствующих помех.

Рисунок 3 Функциональная схема радиолинии с информационной обратной связью

Возможны два основных варианта осуществления проверочной обратной связи: первый вариант соответствует радиолиниям с инфор­мационной обратной связью; второй вариант радиолиниям с решаю­щей обратной связью. Кроме того, находят применение радиолинии с комбинированной обратной связью, в которых одновременно используются принципы информационной и решающей обратной связи.

В нашем случае мы воспользуемся информационной обратной связью, так как она больше подходит для ортогонального сигнала при приеме “в целом”. В радиолинии с информационной обратной связью, обобщенная функциональная схема которой приведена на Рисунок 3, по обратному каналу передаются сведения о том, какую информацию зарегистрировал бортовой приемник. Принятая информация записывается в бортовое запо­минающее устройство и исполняется только после принятия решения об отсутствии в ней искажений. Такое решение выносит “шар-зонд” путем сравнения переданной информации со сведениями, по­лученными по каналу обратной связи.

В зависимости от результатов подобной проверки изменяется по­рядок дальнейшей работы радиолинии. При отсутствии обнаруженных оши­бок управляющее устройство “шара-зонда” формирует сигнал (функциональную команду), разрешающий использовать ранее принятую информацию. Этот сигнал передается по прямому каналу, после чего про­изводится передача очередного блока информации. При обнаружении ошибки формируется и передается функциональная команда, с помощью которой обеспечивается «стирание» неправильно принятой команды уп­равления. В дальнейшем осуществляется повторная передача того же блока информации.

При анализе помехоустойчивости цифровых радиолиний с проверочной обратной связью вычисляют остаточную вероятность регистрации ошибочной информации , которая возникает вследствие необнаруженных ошибок. Важное значение имеет также среднее число передач отдельного блока информации . Значения и зависят от характеристик прямого и обратного каналов радиолинии и от характеристик помех, действующих в этих каналах.

Рассмотрим способы вычисления величин и . При выборе структуры сигналов радиолинии с обратной связью стремятся обеспечить малую вероятность искажений функциональных команд и сообщений. В дальнейшем полагается, что такие искажения отсутствуют (искажения в обратном канале будут учитываться только для случая полной ретрансляции).

Процесс передачи сообщений можно представить как последовательность отдельных циклов. Каждый цикл включает в себя передачу сообщения по прямому каналу радиолинии и передачу соответствую­щей информации по каналу обратной связи. В момент окончания каж­дого цикла возможны следующие три ситуации:

  1. ошибки в прямом канале отсутствуют, и команда принята пра­вильно (вероятность );

  2. имеется необнаруженная ошибка (вероятность );

  3. имеется обнаруженная ошибка (вероятность ).

В последнем случае производится повторная передача команды. Перечисленные ситуации составляют полную группу случайных событий. При повторной передаче команды, то есть в следующем цикле, снова возникает одна из указанных ситуаций.

Рассмотрим случай, когда общее число повторений передачи сообщений ограничено величиной . Примем, что результаты отдельных передач представляют собой независимые случайные события. Вероятность появления необнаруженной ошибки после повторения одной команды составляет величину , где второй множитель харак­теризует вероятность появления обнаруженной ошибки в предыдущих циклах передачи. Остаточная вероятность регистрации ошибочной команды находится по формуле

. (1)

Среднее число передач отдельного блока сообщения определяется формулой

. (2)

где - вероятность передачи команды.

Вероятность вычисляется в предположении, что в каждом из предыдущих циклов обнаружена ошибка, а в цикле с номером обнаружение ошибки не имело места:

. (3)

Уплотнение и разделение каналов

Рассмотрим уплотнение и разделение каналов, предусмотренных в нашей системе. Известны линейные и нелинейные методы уплотнения и разделе­ния каналов. В командных радиолиниях основное применение полу­чили линейные методы с использованием ортогональных сигналов. К числу линейных методов разделения каналов относятся времен­ное, частотное и структурное разделение (соответственно различают временное, частотное и структурное уплотнение каналов). Временное и частотное разделение каналов основано на использовании сигналов, которые не перекрываются между собой во временной или частотной области, что обеспечивает ортогональность этих сигналов. При времен­ном разделении каналов используются устройства типа временного селектора или коммутатора. Частотное разделение каналов произво­дится с помощью полосовых фильтров.

Частотное уплотнение и разделение каналов

Частотное уплотнение канала (ЧУК). Такое уплотнение основано на принципе частотного преобразования спектров сообщений отдель­ных источников на передающей стороне системы связи. Для это­го используется набор гармонических поднесущих с разны­ми частотами . Модулируя (или манипулируя) поднесущие, можно получить канальных сигналов , каждый из которых занимает полосу частот , зависящую от ширины спектра исходных сообщений и вида модуляции. Чтобы уменьшить взаимное влияние соседних каналов и облегчить их разделение, между каналами вводят защитные частотные проме­жутки (полосы) . Поэтому полная полоса частот, занимаемая каждым каналом

(4)

где защитный коэффициент полосы.


Рисунок 4 Спектр многоканального сообщения при частотном уплотнении каналов

Значение частоты нижней поднесущей обычно выбирается не ме­нее , где ширина спектра модулированной ниж­ней поднесущей. При таком выборе частоты выделение и демоду­ляция нижней поднесущей в приемной части системы связи не встречает затруднений.

Частотное разделение каналов (ЧРК). При частотном разде­лении канальные селекторы представляют собой полосовые фильт­ры, полоса каждого из которых рассчитана на пропускание спект­ра «своей» модулированной поднесущей. Для ослабления влия­ния других поднесущих (особенно соседних) фильтры должны иметь частотные характеристики с большим коэффициентом прямоугольности.

Анализ искажений в системах с ЧРК связан с большими математическими трудностями, поэтому обычно вводят следующие допущения и идеализацию:

  1. основная доля искажений обусловлена неидеальностью характеристик группового тракта. Искажения, возникающие в отдельных канальных трактах, значительно меньше и их можно не учитывать;

  2. искажения в групповом тракте можно разделить на две независимые составляющие: искажения в высокочастотной части тракта (искажения модулированного сигнала) и искажения в видеотракте (искажения многоканального сообщения);

  3. основной причиной искажений сигнала в высокочастотной части тракта является неравномерность частотной и нелинейность фазовой характеристик усилителя промежуточной частоты приемника в пределах полосы частот, занимаемой спектром модулированного сигнала;

  4. основной причиной искажений в видеотракте является нелинейность его модуляционной и демодуляционной характеристик, которые при анализе можно рассматривать как единую модуляционно-демодуляционную характеристику.

Временное уплотнение и разделение каналов

В бортовом передатчике шара-зонда используется временное уплотнение каналов (ВУК), рассмотрим и его. Временное уплотнение кана­лов основано на дискретизации непрерывных сообщений по вре­мени. При таком уплотнении используется набор импульсных поднесущих, не перекрывающихся во времени (Рисунок 6). Каждая поднесущая модулируется своим непрерывным сообщением в соот­ветствующем канальном модуляторе. Естественно, что частота по­вторения импульсов в этих поднесущих должна удовлетворять для всех каналов, где - период повторения кадров, - максимальная ширина полосы спектра передаваемого телеметрического сигнала.

Рисунок 5 Структурная схема бортового передатчика шара-зонда

Многоканальное сообщение образуется в результате линейно­го объединения (суммирования) модулированных импульсов поднесущих. Очевидно, что ширина спектра многока­нального сообщения однозначно определяется длительностью импульсов поднесущих и приблизительно равна величине .

Временнóе уплотнение осуществляется в синхронном режиме. Для этого в устройстве уплотнения формируется периодическая последовательность кадровых синхроимпульсов с периодом . В зависимости от вида импульсной модуляции каждому каналу в интервале отводится определенное время , которое вклю­чает интервал , занимаемый каналом с учетом модуляции и временной защитный интервал