РТС передачи информации

Радиотехнической системой передачи информации (РСПИ) называют функционально объединенную совокупность радиоэлектронных устройств и узлов, с помощью которой по радиоканалу передаются сообщения из одного пункта в другой.

В состав РСПИ входят передающие устройства, приемное устройство и линия связи, представляющая среду для передачи сигналов от передающего к приемному устройству.

Понятия сообщение и информация – близкие по смыслу. Под информацией понимают совокупность сведений о событиях, явлениях или объектах. Для передачи и хранения информации используются знаки – звуки, буквы, изображения, электрические колебания и т.п. Совокупность знаков, содержащих ту или иную информацию, называют сообщениями. При передаче сообщение преобразуется в сигнал, в качестве которого может использоваться тот или иной физический процесс, например звуковые или электромасштабные волны. Если сигнал может принимать любые значения в некотором , то он называется непрерывным, или аналоговым (например, речь).

Рис. 7.7. Дискретизация по времени непрерывного сигнала

Дискретными называют сигналы (сообщения), состоящие из отдельных элементов. Наиболее распространенным преобразованием непрерывных сигналов является их дискретизация по времени, состоящая в замене последовательностью мгновенных значений (отсчетов импульсов), , взятых в дискретные моменты времени , где . Дискретизация (квантование) сигналов по уровню представляет собой замену текущих значений непрерывного сигнала дискретным множеством заранее установленных значений (рис. 7.7). Этот набор значений называют уровнями квантования , .

В результате квантования непрерывный сигнал принимает ступенчатую форму и может иметь только конечное число различных мгновенных значений, равное количеству уровней квантования. Квантование сигналов как отдельная самостоятельная операция практически не применяется. Обычно она является частью процесса преобразования непрерывного сигнала в цифровую форму и выполняется с помощью устройств, называемых аналого-цифровыми преобразователями (АЦП).

Рис. 7.8. Дискретизация (квантование) непрерывного сигнала u(t) по уровню

В АЦП непрерывный сигнал дискретизируется по времени, а затем квантуется по амплитуде. Полученному в результате дискретизации импульсу со стандартным значением амплитуды ставится в соответствие двоичное число, т.е. число, запасенное в виде последовательности нулей и единиц.

Пусть, например, в результате дискретизации по времени и квантованию по амплитуде в момент времени получен импульс с размахом , а в следующий момент времени . В двоичном виде эти напряжения будут равны: ; . Представляя эти отсчеты импульсами соответствующей величины, получим сигналы и в цифровой форме (рис. 7.9).

Рис. 7.9. Цифровая форма представления сигналов и

Принципы получения высокочастотных несущих колебаний и их модуляции по знаку передаваемого сообщения, лежащие в основе работы передающего устройства РСПИ, были рассмотрены в п. 2.4, а принципы приема излученных высокочастотных колебаний – в п. 2.5.

За последние десятилетия РСПИ получили существенное развитие. Еще совсем недавно в России практически отсутствовали междугородные цифровые системы передачи информации. Слабо было развита подвижная радиотелефонная связь, причем существующие сети были в основном аналоговые. Отсутствовали общенациональная сеть передачи данных с коммутацией пакетов, сотовые сети подвижной связи и т.п. Интеграция в мировое сообщество способствовала интенсивному развитию РСПИ.

Одним из перспективных направлений совершенствования РСПИ явилось создание сетей для передачи всех видов информации. К приоритетным направлениям относятся такие направления, как создание высокоскоростных сетей связи, сетей передачи данных с коммутацией пакетов, телематических служб,[1] совершенствование спутниковых систем связи, развитие современных систем подвижной радиосвязи.

К важным средствам организации международной и междугородней телефонно-телеграфной связи, телевидения и радиовещания относится спутниковая связь. Сейчас создана телефонная связь через спутники с районами и городами Дальнего Востока, Сибири, Крайнего Севера. Она позволила распространить многопрограммное телевизионное вещание из Москвы по всей территории России.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. В чем заключается основное отличие РТС от других технических систем?

2. Приведите классификацию радиотехнических систем.

3. Охарактеризуйте назначение РТС передачи информации.

4. Охарактеризуйте назначение РТС извлечения информации.

5. Охарактеризуйте назначение РТС разрушения информации.

6. Приведите классификацию РТС по характеру сообщения.

7. Приведите классификацию РТС по используемым частотам.

8. Приведите классификацию РТС по виду модулируемого параметра радиосигнала.

9. Что понимается под тактическими и техническими характеристиками радиотехнических систем?

10. Что называется разрешающей способностью РТС?

11. Что понимают под электромагнитной совместимостью РТС?

12. Информацию какого вида вырабатывают радиолокационные системы?

13. В чем заключается принцип работы РЛС при измерении расстояния до цели? При измерении скорости цели?

14. Расскажите об эффекте Доплера.

15. Объясните принцип работы импульсной РЛС.

16. Как работает система активной радиолокации с пассивным ответом?

17. Каково основное назначение активных радиолокаторов с активным ответом?

18. Выведите формулу для определения расстояния до цели, если отраженный от цели сигнал запаздывает на t секунд по отношению к излученному сигналу.

19. Объясните принцип определения расстояния до цели по изображению на экране электронно-лучевой трубки.

20. Изобразите структуру активной радиолокации с активным ответом.

21. Какие задачи решаются с помощью пассивной радиолокации?

22. Приведите классификацию радиолокационных систем.

23. Охарактеризуйте назначение загоризонтных РЛС. На каком эффекте распространения радиоволн основана работа РЛС этого вида?

24. Каковы назначение и задачи, решаемые надгоризонтными РЛС?

25. Охарактеризуйте назначение, принцип действия и задачи, решаемые РЛС подповерхностного зондирования.

26. Перечислите задачи радиолокационного наблюдения, решаемые корабельными, авиационными РЛС и РЛС космического базирования.

27. Охарактеризуйте назначение и тактико-технические характеристики следующих современных РЛС:

– ТРЛК-11 и АРЛК-11 (Россия);

– 55Ж6-3 (Россия);

– «Противник ГЕ» (Россия);

– «Гамма-СIE» (Россия);

– «Каста 2Е2» (Россия);

– 30 H6E зенитного ракетного комплекса С-300 ПМУ-1 (Россия);

– 9С32 (Россия);

– «Кредо IE» (Россия);

– «Зоопарк-1» (Россия);

– Георадар «Зонд» (Латвийская республика);

– «Дон» (Россия);

– корабельная РЛС, AN/SPY-1А (США);

– РЛС «Жук» для самолетов МИГ 29, МИГ 25, СУ-27 (Россия);

– авиационный комплекс радиолокационного дозора А-50Э (Россия).

28. Перечислите задачи, решаемые радионавигационными системами.

29. Поясните принципы работы радионавигационных систем.

30. Каковы назначение и принципы работы радиополукомпаса и радиокомпаса?

31. Охарактеризуйте спутниковую навигационную систему.

32. Поясните принцип работы спутниковых систем навигации.

33. Перечислите и кратко охарактеризуйте системы спутниковой навигации.

34. Охарактеризуйте основные системы спутниковой навигации GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

35. Сравните системы спутниковой навигации GPS (США) и ГЛОНАСС (Россия).

36. Каковы назначение и состав радиотехнических систем передачи информации?

37. Поясните процесс дискретизации непрерывного сигнала по времени.

38. Каким образом может быть получена цифровая форма непрерывного сигнала?

Заключение. О тенденциях в современной радиоэлектронике

Колебательный контур и его компоненты (индуктивность L, конденсатор C, а также вакуумная электронная лампа Л, диод D и транзистор Т как функциональные приборы) были счастливой находкой для радиоэлектроники в первые десятилетия ее развития. Технологически просто реализуемые, обладая чрезвычайно высоким и до сих пор недостижимым для существующих цифровых вычислителей эквивалентным быстродействием, они были базой для создания радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Поэтому основная учебная литература по базовым радиотехническим дисциплинам, таким как радиотехнические цепи и сигналы, основы теории радиотехнических систем, радиоавтоматика и др., еще четверть века назад в значительной степени ориентировались на создание у студентов радиотехнических специальностей представления о РЭА как о среде из компонентов L, C, R, Л, D и Т.

Уже в 60-х годах XX века тенденция к микроминиатюризации РЭА поставила под сомнение вопрос о целесообразности применения в ней различного вида индуктивностей. Качество РЭА в микросхемном исполнении уже в 70-80-х годах считалось тем выше, чем меньше в ней использовано конденсаторов. Программно реализуемые цифровые фильтры успешно конкурировали с LC фильтрами. Уже сейчас ясно, что приемное устройство может быть реализовано в цифровом виде как устройство быстрого преобразования Фурье (БПФ) наводимых в антенне токов с последующей цифровой фильтрацией и вычислением модулей выходных сигналов фильтра. О получаемой при этом избирательности, возможности регулировки полосы пропускания, отсутствии паразитной обратной связи, устойчивости, простоте настройки и перестройки современному разработчику пока остается лишь мечтать.

Для реализации подобной аппаратуры быстродействие вычислителей должно иметь порядок 10¹⁶-10¹⁸ базовых операций в секунду. Учитывая рост быстродействия вычислителей, современные радиоинженеры должны не только владеть возможностями создания РЭА на основе элементов L, C, R, Л, D, Т, но и хорошо владеть математическими аспектами обработки сигналов на цифровых вычислителях. В конечном счете перспективная РЭА – это аппаратно-программный комплекс, сочетающий систему сенсоров и программные продукты для обработки поступающих с выхода сенсоров сигналов. Основой подготовки радиоинженеров с такой компетенцией является приближение уровня математической подготовки к университетскому за счет более полного освоения таких курсов, как основы функционального анализа, линейная алгебра и многомерная геометрия.

Следующий шаг состоит в освоении единой методики теории обработки сигналов как операций, связанных с вычислением меры схожести векторных сигналов на основе их скалярного произведения. Изучаемые в курсе радиотехнических систем основные операции над зашумленными сигналами, такие как обнаружение, оценка параметров, распознавание, разрешение, сводятся к формированию мер схожести с помощью согласованной фильтрации, т.е. набора отсчетов в виде скалярных произведений искаженных принимаемых сигналов с эталонными сигналами.

Дальнейшее совершенствование РЭА также связано с освоением новых видов векторных сигналов, но заданных не вещественными, а комплексными и кватернионными компонентами. Скалярное произведение таких сигналов более информативно, чем широко используемые в настоящее время вещественные векторные сигналы. На основе дополнительной информации появляется возможность устранить влияние мешающих факторов перед началом операции вычисления меры схожести. Это особенно важно при обработке трехмерных сигналов, задающих различного вида изображения расположенных в пространстве объектов.

Решать эти сложные, но чрезвычайно интересные задачи предстоит Вам – будущим инженерам, делающим сегодня лишь первые шаги на пути к избранной специальности.