CC BY
444. Свирен С.Я. Электрические станции, подстанции и сети. - Киев: Государственное издательство технической литературы УССР, 1962, 282с.
5. Столлингс В. Беспроводные линии связи и сети - М.: Издательский дом «Вильямс», 2003.
6. Таненбаум Э. Компьютерные сети. - СПб.: Питер, 2006.
7. Семенов Ю.А. Протоколы сетей X.25 [Электронный ресурс]. URL: http://citforum.ru/nets/semenov/4/43/x25_432.shtml (дата обращения: 26.05.2016)
8. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. - СПб.: Питер, 2005.
9. Бартсекас Д., Галлагер Р. Сети передачи данных: Пер. с англ. - М.: Мир, 1989.
10. CISCO Internetworking Technology Overview [Электронный ресурс]. URL: http://citforum.ru/nets/ito/index.shtml (дата обращения: 26.05.2016).
11. Майник Э. Алгоритмы оптимизации на сетях и графах. -М.: 1981, 323 с.
12. Песков С.Н. Ищенко А.Е. Расчет вероятности ошибки в цифровых каналах связи [Электронный ресурс]. URL: http://www.pole-s.ru/states/Oshibka_BER.pdf.
13. Снайдер Д. Метод уравнений состояния для непрерывной оценки в применении к теории связи. - М.: Энергия: 1982, 104 с.
УДК 621.396
Войтенко Константин Игоревич,
студент,
Зеленский Владимир Павлович,
кандидат техн. наук, доцент
ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА ПРИ РАЗРАБОТКЕ УСТРОЙСТВА РЕТРАНСЛЯЦИИ СИГНАЛОВ ГЛОНАСС, GPS
Россия, Нижний Новгород, ФГБОУ ВО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева» (603950, Нижний Новгород, ГСП-41, ул. Минина, 24), e-mail: koc.voytenko@gmail.com
Аннотация. В данной работе рассмотрен процесс проектирования сложного технического комплекса. При разработке применен принцип системного проектирования, а также некоторые методы системного подхода и анализа. Показано положительное влияние системного проектирования на процесс разработки сложного технического комплекса. По результатам системного анализа и исследования общепринятых вариантов построения устройства ретрансляции высокочастотных сигналов и выявления существенных недостатков был предложен новый вариант построения, улучшающий характеристики искомого устройства.
Ключевые слова: системное проектирование, системный анализ, системный подход, спутниковые радионавигационные системы, контрольно-проверочная аппаратура, ретранслятор высокочастотных сигналов.
Konstantin I. Voytenko, Student.
Vladimir P. Zelensky,
Candidate of Engineering Sciences, associate professor
APPLICATION OF THE SYSTEM APPROACH IN THE DEVELOPMENT OF A DEVICE FOR RELAYING OF GLONASS, GPS
SIGNALS
Russia, Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod State Technical University n.a. R.E. Alekseev (603950, Nizhny Novgorod, GSP-41, Minina street, 24), e-mail: koc.voytenko@gmail.com
Abstract. This work represents the design process of a complicated technical complex. The principle of system design, some methods from the system approach and an analysis are applied in the development. The positive influence of the system design on the development process of a complicated technical complex was shown. According to the outcome of a system analysis and the research of generally accepted options for the constructing of a high frequency signal retransmission device and identifying significant disadvantages, a new constructing option that improves the characteristics of the initial device was proposed.
Keywords: system design, system analysis, systems approach, satellite navigation systems, test equipment, high frequency repeater.
При разработке аппаратуры спутниковой навигации (далее по тексту - АСН), АСН подвергается целому ряду испытаний для оценки соответствия ее характеристик требованиям технического задания.
Ввиду того, что проверки и испытания АСН проводятся в рабочих помещениях, в которых не существует возможность обеспечения радиовидимости навигационных космических аппаратов (далее по тексту -НКА) для АСН, то для проведения проверок АСН требуется специализированная контрольно - проверочная аппаратура (далее по тексту -КПА), обеспечивающая ретрансляцию реальных сигналов спутниковых радионавигационных систем (далее по тексту - СРНС) частот ГЛО-НАСС и NAVSTAR GPS. Главной составной частью КПА является ретранслятор ВЧ сигналов (далее по тексту - ретранслятор).
Состав ретранслятора:
- выносная приемная антенна;
- устройство ретрансляции сигналов СРНС;
- антенна передающая;
- коаксиальная кабельная ВЧ линия.
Выносная приемная антенна используется для приема и предварительного усиления высокочастотных сигналов СРНС в условиях достаточной радиовидимости.
Передающая антенна обеспечивают излучение сигналов СРНС на модули антенные АСН. Количество передающих антенн ретранслятора задается требованиями технического задания.
Устройство ретрансляции сигналов СРНС (далее по тексту - устройство ретрансляции) обеспечивает:
- усиление входного высокочастотного сигнала СРНС до требуемого уровня;
- при наличии нескольких передающих антенн: коммутацию ВЧ СРНС сигнала на передающие антенны как раздельно, так и совместно.
Структурная схема ретранслятора приведена на рисунке 1.
J
Рис. 1. Структурная схема ретранслятора ВЧ сигналов
Поскольку к устройству ретрансляции предъявляется целый ряд технических требований, то при его разработке целесообразно применить методы системного проектирования. При системном проектировании сложных технических средств и комплексов их можно представить в виде единой и целой системы взаимосвязанных элементов. Представление сложного устройства в виде системы помогает решить проблему проектирования путем разделения задачи на последовательные этапы:
1) Этап постановки задачи создания нового технического средства;
2) Этап поискового проектирования;
3) Этап концептуального проектирования;
4) Этап инженерного конструирования.
На этапе постановки задачи проектирования был определен набор входных и выходных параметров системы, граничные условия на реализацию, сформулированы технические параметры аппаратного средства.
Основные требования к устройству ретрансляции сигналов:
- питание от сети переменного тока напряжением (220 ± 22) В частотой 50 Гц;
- диапазон рабочих частот L1 и L2 ГЛОНАСС (1590 -1612 МГц и 1235 - 1255 МГц соответственно) и L1 GPS (1574 -1577 МГЦ);
- усиление входного ВЧ сигнала по всему диапазону рабочих частот на 27 дБ;
- возможность отключения передачи ВЧ сигнала на каждую из двух передающих антенн;
- обеспечивать подачу питания на вход приемной антенны;
- передача ВЧ сигнала в диапазонах рабочих частот с коэффициентом передачи от входа до каждого из выходов при включенной передаче ВЧ сигнала не менее 0 дБ;
- коэффициент передачи от входа до каждого из выходов при отключенной передаче ВЧ сигнала должен быть не менее 20 дБ относительно соответствующего коэффициента передачи ВЧ сигнала;
- независимое облучение навигационным сигналом антенн АСН;
- возможность удаленного управления работой по интерфейсу RS-422;
- индикация неисправности или перегрузки.
В результате анализа требований технического задания была составлена система, демонстрирующая входные и выходные сигналы устройства (рис. 2).
Напряжение питания переменного тока частотой 50 Гц 220 В
Сигналы управления коммутацией сигналов с ПЭВМ по интерфейсу RS-422
Устройство ретрансляции
Индикация наличия напряжения питания
Контроль и индикация наличия перегрузки по току или _напряжению_^
Контроль и подача на вход напряжения питания постоянного тока 9 В
Усиленный ВЧ сигнал частоты L1 и L2 ГЛОНАСС, L1GPS
Усиленный ВЧ сигнал частоты L1 и L2 ГЛОНАСС, L1GPS
Рис. 2. Входные и выходные сигналы устройства ретрансляции
На этапе концептуального проектирования решался вопрос технической реализации устройства. На основании анализа прототипов была рассмотрена структурная схема устройства ретрансляции, представленная на рисунке 3.
<^-422»
Рис. 3. Структурная схема устройства ретрансляции
В данной схеме имеется единый тракт усиления входного ВЧ сигнала с последующим распределением его на два управляемых переключателя. Переключатели ВЧ используются для коммутации ВЧ сигнала на передающую антенну или на согласованную нагрузку (в схеме - НС). Нагрузка согласованная обеспечивает необходимое подавление ВЧ сигнала на выходе ретранслятора.
Устройство управления строится на основе микроконтроллера. Микроконтроллер используется для удаленного управления переключателями ВЧ и отвечает за контроль тока и напряжения перегрузки по входу, а также за организацию связи с компьютером.
В результате системного анализа структурной схемы был выявлен ее существенный недостаток - одноканальный широкополосный тракт передачи ВЧ сигналов от соединителя «ВХОД» до соединителей «ВЫХОД 1» и «ВЫХОД 2» устройства ретрансляции. При значительной неравномерности АЧХ усилителя устройства ретрансляции соотношение уровней мощности спутниковых сигналов на выходе устройства будет искажено по сравнению с сигналами на входе. Делать коррекцию усиления в разных частотных диапазонах в этой структуре будет затруднительно.
С целью обеспечения возможности коррекции усиления ВЧ сигнала в устройстве ретрансляции предлагается использовать двухканальный участок ВЧ тракта, каждый из которых будет представлять собой узкополосный усилительный тракт заданной частоты. Первый канал обеспечивает усиление ВЧ сигналов L1 ГЛОНАСС и L1 GPS, второй - L2 ГЛОНАСС.
Для обеспечения разделения ВЧ сигналов разной частоты применяется дуплексер, а для объединения в один - диплексер. Для возможности выравнивания уровней сигналов частот первого и второго каналов в режиме реального времени с ПЭВМ в каждый канал включаются цифровые аттенюаторы, управляемые с помощью микроконтроллера. Итоговая структурная схема устройства ретрансляции, отображающая в себе новые наработки, изображена на рисунке 4.
Рис. 4. Итоговая структурная схема устройства ретрансляции
Этап инженерного конструирования в рамках данной работы не рассматривается.
Заключение
Результатом работы является разработанное схематическое описание построения устройства ретрансляции для последующего инженерного проектирования. Предлагаемое новое техническое решение устраняет недостатки широко применяемого подхода к построению структуры ретранслятора путем внедрения двухканального тракта усиления спутниковых сигналов. Применение данного технического решения позволит улучшить характеристики ретранслятора ВЧ сигналов.
В процессе разработки применение методов системного проектирования позволило:
1) конкретизировать цели и граничные условия проектирования;
2) использовать путь поэтапного разделения процесса разработки;
3) выявить недостатки общепринятого варианта разработанной системы и предложить более эффективный вариант построения устройства ретрансляции до момента последующего инженерного конструирования.
Список литературы
1. Васин В. А. Информационные технологии в радиотехнических системах: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. / В.А. Васин и др.; Под ред. И.Б. Федорова. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. - 786 с.
2. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования. 4-е изд., перераб. и доп. / Под ред. А.И. Перова, В.Н. Харисова. - М.: Радиотехника, 2010. - 800 с.
3. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. 3-е изд., перераб. и доп. / Мана-ев Е.И. - М.: Радио и связь, 1990. - 512 с.: ил.
4. Окунев Ю. Б. Принципы системного подхода к проектированию в технике связи / Ю.Б. Окунев, В.Г. Плотников. - Москва: Высшая школа, 1976. - 184 с.
5. Данелян Т.Я. Теория систем и системный анализ: Учебно-методический комплекс / Т.Я. Данелян. - М.: Ленанд, 2016. - 360 с
6. Волкова В.Н. Теория систем и системный анализ: Учебник для бакалавров / В.Н. Волкова, А.А. Денисов. - М.: Юрайт, 2013. - 616 с.
7. Вдовин, В.М. Теория систем и системный анализ: Учебник для бакалавров / В.М. Вдовин, Л.Е. Суркова. - М.: Дашков и К, 2016. - 644 с.
