Білоруський державний університет інформатики і радіоелектроніки
Кафедра РТС
РЕФЕРАТ
На тему:
«Узагальнені функціональна і структурна схеми радіотехнічних слідкуючих систем»
МІНСЬК, 2008
Вивчення основних типів систем дозволяє визначити загальні функції і реалізують їх функціональні вузли у всіх розглянутих вище системах і скласти узагальнені функціональну та структурну схеми.
Узагальнена функціональна схема наведена на рис. 1 і складається з дискримінатора Дис., Фільтра, опорного (подстраиваемой) генератора ОГ.
Рис.1. Узагальнена структурна схема радіотехнічної стежить системи
На вхід надходить суміш сигналу і шуму
.
Одним з параметрів сигналу є задає вплив λ (t).
ОГ генерує сигнал, одним із параметрів якого є оцінка відстеженням параметра. Вихідний сигнал ОГ залежить від призначення системи.
У результаті нелінійного перетворення вхідного і опорного сигналів в дискримінаторі формується напруга, пропорційне різниці
,
де λ - задає вплив; y - керована величина.
Напруга на виході дискримінатора:
,
де F (x) - залежність середнього значення напруги на виході дискримінатора від помилки стеження, звана дискримінаційної характеристикою; ξ (t, x) - флюктуационная складова (результат нелінійного перетворення опорного і вхідного сигналів у дискримінаторі).
Форма дискримінаційної характеристики наведена на рис. 2.
Рис.2. Дискримінаційна характеристика
При малих значеннях помилки стеження х дискримінаційна характеристика може бути аппроксимирована лінійною залежністю:
,
де
при х = 0.
S д - крутість, яка залежить від типу дискримінатора, відносини сигнал / шум та інших факторів.
,
де Р с - потужність сигналу; σ 2 ш - дисперсія шуму.
.
Крутизна дискримінаційної характеристики залежить від амплітуди сигналу. Для виключення цієї залежності на вході виробляють обмеження або автоматичне регулювання посилення (АРУ). Дискримінаційна характеристика має обмежений розчин по осі х. Якщо помилка перевищує граничну, зворотній зв'язок розмикається і система виходить із режиму спостереження ( ). Для введення в синхронізм використовується пристрій введення, що забезпечує
.
Фільтр здійснює згладжування високочастотних складових. Він може містити інтегруючі ланки, його передавальна функція визначає якісні характеристики системи.
Узагальнена структурна схема наведена на рис. 3.
Рис. 3. Структурна схема радіотехнічної стежить системи
Математичний еквівалент дискримінатора включає елемент порівняння, нелінійне безінерційні ланка F (x) і суматор.
Ланка W (p) визначається передавальної функцією опорного генератора та фільтра.
Характеристики складової шуму ξ (t, x) залежать від параметрів дискримінатора і попередніх ланцюгів, відносини сигнал / шум, методу нормування сигналу і шуму по амплітуді, характеру амплітудних флуктуацій сигналу.
Зміна помилки у часі описується нелінійним стохастичним диференціальним рівнянням
х (t) + W (p) F (x) + ξ (t, x) - λ (t) = 0.
Нелінійність рівняння визначається нелінійністю функції F (x) і нелінійною залежністю характеристик процесу ξ (t, x) від помилки стеження х. Стохастичність - наявністю випадкового процесу ξ (t, x) і випадкової складової задає впливу λ (t).
Якщо напруга флюктуаціоної складової має рівномірну спектральну щільність у смузі, що значно перевищує смугу пропускання наступних за дискримінатором ланцюгів, шум ξ (t, x) можна вважати білим і характеризувати його величиною спектральної щільності на нульовій частоті S ξ ( w, x) = S ξ ( o, x), в загальному випадку залежить від помилки стеження. Залежність спектральної щільності флюктуаціоної складової від помилки стеження називається флюктуаціоної характеристикою дискримінатора.
Еквівалент дискримінатора можна істотно спростити за умови малості помилки стеження х. При малій помилку стеження дискримінаційна характеристика лінійна, а спектральну щільність флюктуаціоної складової можна прийняти з достатнім наближенням не залежить від помилки стеження, тобто S ξ (о, x) = S ξ (x), ξ (t, x) = ξ (t). У цьому випадку стежить система описується лінійним диференціальним рівнянням з постійними коефіцієнтами, що спрощує її аналіз.
Системи автоматичного регулювання посилення (АРУ)
Системи автоматичного регулювання посилення призначені для стабілізації рівня вихідного сигналу підсилювача. Необхідність у АРУ обумовлена значним динамічним діапазоном сигналу на вході приймача (60 ... 100дБ), що без прийняття заходів щодо стабілізації рівня сигналу призвело б до перевантаження каскадів приймача і спотворення корисної амплітудної модуляції сигналу.
Якщо на вхід системи спостереження надходить сигнал з таким динамічним діапазоном, то це призведе до збільшення коефіцієнта посилення контуру і може служити причиною порушення стійкості.
Таким чином, система АРУ необхідна для розширення динамічного діапазону, щоб уникнути перевантаження каскадів і спотворення амплітудної модуляції і забезпечити стійкість системи, що стежить.
В якості прикладу розглянемо побудова схеми АРУ з управлінням у неузгодженості (рис. 4).
Рис.4. Функціональна схема АРУ
Вихідна напруга регульованого підсилювача РУ детектується (дет.) і через фільтр нижніх частот ФНЧ надходить на РУ у вигляді регулюючого напруги U p, яке змінює крутість посилення активного елементу, шунтує навантаження або управляє аттенюатором, в кінцевому підсумку зменшуючи рівень вихідного сигналу РУ при його збільшенні і збільшуючи при зменшенні.
Наприклад, при використанні транзистора в якості активного елементу U p подається на базу транзистора (рис. 5) і, змінюючи його крутизну (пряму провідність), змінює коефіцієнт підсилення.
Напруга затримки U зад використовується для того, що б підвищити рівень стабилизируемого напруги (рис. 6).
Рис.5
Рис.6. Залежність вихідної напруги від вхідного
:
1 - АРУ відсутня, 2 ─ U з = 0; 3 - U з
АРУ починає працювати при перевищенні вхідним сигналом напруги U 1 порогового напруги (U ПІР). Варіант побудови детектора АРУ з затримкою наведено на рис. 7.
Рис.7. Схема детектора АРУ з затримкою
За допомогою дільника R 1 R 2 формується за напруга U зад, що надходить на детектор Д.
Для дослідження характеристик АРУ знайдемо рівняння, що описують роботу функціональних вузлів системи, і складемо структурну схему. Залежність коефіцієнта посилення підсилювача від регулюючого напруги:
, (1)
де k 0 - величина коефіцієнта підсилення при нульовому значенні напруги регулювання;
─ крутизна регулювальної характеристики;
(2)
, (3)
де k д - коефіцієнт передачі детектора.
Перша умова виразу (3) виконується при , Друге - при
.
ФНЧ характеризується своєю функцією передачі, тому напруга на виході ФНЧ визначається виразом:
. (4)
За отриманих рівняннях можна побудувати структурну схему (рис. 8).
Рис. 8. Структурна схема АРУ
Тут
Система АРУ є нелінійною системою зі змінними параметрами, що робить складним завданням її аналіз. При оцінці окремих якісних характеристик виробляють відповідні спрощення.
ЛІТЕРАТУРА
1. Коновалов. Г.Ф. Радіоавтоматики: Підручник для вузів. - М.: Висш.шк., 2000.
2. Радіоавтоматики: Учеб. посібник для вузів. / За ред. В.А. Бесекерскій .- М.: Вищ. шк., 2005.
3 .. Первак. С.В радіоавтоматики: Підручник для вузів .- М.: Радіо і зв'язок, 2002.
4. Цифрові системи фазової синхронізації / Под ред. М.І. Жодзішского - М.: Радіо, 2000