Меню

Авиационные средства связи что это



Раздел 3

Бортовые радиоэлектронные средства авиационной связи

3.1 Назначение и классификация средств авиационной связи

Бортовые средства авиационной связи предназначены для внутри-самолетной телефонной связи между членами экипажа, громкоговорящего оповещения пассажиров, ведения двухсторонней радиосвязи с наземными пунктами УВД и другими ВС в ОВЧ и ВЧ диапазонах, прослушивания приемников радиотехнических средств и сигналов систем речевой информации, передачи сигналов бедствия и аварийного оповещения, документирования переговоров экипажа по внутрисамолетной и внешней радиосвязи.

Согласно выполняемых задач бортовые средства авиационной связи классифицируются на:

— средства радиосвязи (бортовые командные радиостанции ближней навигации, диапазона ОВЧ и дальней навигации диапазонов ВЧ и СЧ);

— средства аварийной радиосвязи (аварийные радиостанции ОВЧ и ВЧ диапазонов и автоматические радиомаяки спутниковой системы обнаружения КОСПАС- САРСАТ);

— средства внутрисамолетной телефонной связи, громкоговорящей связи и воспроизведения музыкальных программ (СПУ, СГС, магнитофоны);

— технические средства документирования служебных переговоров.

3.2. Самолётные переговорные устройства (спу)

СПУ обеспечивают внутрисамолётную телефонную связь между членами экипажа и техническим персоналом во время обслуживания самолёта на земле; циркулярный речевой вызов любого абонента; внешнюю радиосвязь экипажа с помощью бортовых радиостанций; прослушивание сигналов навигационных систем (АРК, РВ, СД, КУРС-МП, РСБН) и систем речевой информации.

Наиболее распространёнными переговорными устройствами на современных ВС являются: СПУ – 7 на ВС Ту – 154Б(М), Ан -24, Ан -26, Ту-134; СПУ – 8 на ВС Ил – 76ТД и его модификациях; аудиопанель GMA – 340 на ВС Як – 18Т 36 серии; аудиопанель (пульт звуковой сигнализации) GMA – 1347 на ВС ДА-42; аудиопанель КМА – 24-03 на ВС М – 101; комплекс связи ТИП-1Б2 на ВС Ан-124-100; аппаратура внутренней связи авиационная АВСА – Б, Э, О (Лайнер – 85) для бортпроводников, экипажа и оповещения пассажиров на ВС Ту – 204 и т. п.

Состав комплекта СПУ зависит от типа ВС и численности экипажа. В общем случае, при многочленном экипаже (Ту -154М, Ил-76ТД, Ил -62 и т.п.) СПУ укомплектовываются абонентскими аппаратами первого и второго пилотов, штурмана, радиста и бортинженера. К каждому абонентскому аппарату подключаются авиационная гарнитура и органы управления (кнопки “РАДИО” и “СПУ”). В последнее время при разработке ВС предпочтение отдаётся двухчленному экипажу (в кабине находятся только командир корабля и второй пилот) и соответственно автономным цифровым СПУ или СПУ, встроенным в многофункциональные навигационно-связные системы или комплексные пилотажно-навигационные системы.

Самолётное переговорное устройство СПУ – 8

Самолётное переговорное устройство СПУ- 8 относится к переговорным устройствам старого парка, устанавливается на ВС Ил-76 и его модификациях. СПУ — 8 предназначено для обеспечения внутрисамолётной телефонной связи между всеми членами экипажа, а также членов экипажа с техническим персоналом во время обслуживания самолёта на земле; избирательной телефонной связи командира корабля с одним или из абонентов; циркулярной телефонной связи со всеми абонентами; внешней радиосвязи экипажа с помощью бортовых радиостанций; прослушивания сигналов навигационных систем (АРК, РВ, СД, КУРС-МП, РСБН) и систем речевой информации.

Абонентские аппараты СПУ – 8 для пилотов, штурмана, радиста, борт инженера и операторов грузовой кабины будут разные (АА-1, АА-2, АА-3, АА-4, АА-5).

Рис 3.1. Абонентские аппараты СПУ – 8 (АА 1 и АА 3)

На рис. 3.1. приведены лицевые панели абонентских аппаратов АА 1 и АА 3. Наиболее полным по составу органов управления является абонентский аппарат КВС АА-1, на передней панели которого расположены:

— многопозиционные переключатели выбора радиосредств “ПРОСЛ” и “РАД”;

— переключатель СПУ — РАД (для создания цепи подключения авиационных гарнитур к сети внутрисамолетной связи или сети внешней радиосвязи);

— переключатель Сеть 1-2 (для выбора одной из двух сетей внутрисамолётной связи; на больших ВС экипаж может распределяться на две сети). В большинстве случаев задействована только одна сеть;

— кнопка «ЦВ» для циркулярного вызова всех абонентов на связь;

— регуляторы громкости “РАД”, “СПУ” и “ПРОСЛ” для регулировки громкости сигналов от средств внешней и внутрисамолётной связи, а также сигналов поступающих с выхода приемников навигационных систем;

— выносные кнопки “РАДИО” и “СПУ” (для подключения микрофона авиа гарнитуры к входу передатчика или телефона к усилителю СПУ). Кроме того кнопка РАДИО включает радиостанцию на передачу.

В состав самолётного устройства СПУ-8 входит также щиток избирательной связи ЩИС-1 (Рис.3.2). ЩИС-1 предназначен для осуществления избирательного вызова и ведения переговоров командира корабля с любым из пяти членов экипажа. Выключатели на передней панели ЩИС-1 служат для перевода абонентского аппарата командира экипажа и вызываемого абонента в сеть избирательной связи.

Рис. 3.2. Щиток избирательной связи

С помощью выключателей на ЩИС-1 создаются цепи избирательной связи командира ВС с членами экипажа.

На большинстве СПУ старого парка, как для многочленного, так и двучленного экипажей имеется возможность резервирования усилителей абонентских аппаратов 1-го и 2-го пилотов, штурмана и бортинженера. Для этого на передней панели (СПУ-9) или рядом с абонентским пультом (СПУ — 8) устанавливается выключатель «Резерв».

Кроме этого в различных точках ВС устанавливаются абонентские переговорные точки для подключения авиагарнитур технического состава во время обслуживания ВС на Земле. Предусмотрена их блокировка механизмом выпуска шасси в воздухе или схемой подключения аэродромного питания на земле.

Комплекс связи ТИП-1Б2

Комплекс связи ТИП-1Б2 устанавливается на ВС Ан –124 — 100 и предназначен для ведения телефонной радиосвязи экипажа самолёта с наземными диспетчерскими пунктами, экипажами других самолётов, а также для ведения внутрисамолётной телефонной связи.

Источник

Средства авиационной связи

Основы теории передачи речевых сообщений и данных по каналам авиационной подвижной воздушной и спутниковой служб. Принципы построения авиационных радиостанций и аппаратуры внутрисамолетной связи. Изучение организации систем сотовой и спутниковой связи.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид учебное пособие
Язык русский
Дата добавления 25.06.2014
Размер файла 4,1 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Украины

Кировоградская летная академия Украины

Национального авиационного университета

Радиооборудование. Часть 1. Средства авиационной связи

Рекомендовано Міністерством освіти і науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, які навчаються за напрямом підготовки «Аеронавігація» та «Обслуговування повітряних суден» (лист №1/11-18272 від 27.11.2013)

Радиооборудование. Часть 1. Средства авиационной связи: Учебное пособие / Хафизов А.В. — Кировоград: КЛА НАУ, 2013. — 136 с.

Ил. 77, табл. 8, лит. ист. 30.

Изложены основы теории передачи речевых сообщений и передачи данных по каналам авиационной подвижной воздушной службы (AMS) и спутниковой службы (AMSS).

Рассмотрены принципы построения авиационных радиостанций и аппаратуры внутрисамолетной связи на уровне функциональных и структурных схем, а также основные технические характеристики, органы управления и индикации, порядок проверки работоспособности современного бортового оборудования связи.

Приведены рекомендации ИКАО по принципам организации авиационной электросвязи и основным техническим характеристикам бортовых средств связи.

Пояснены принципы организации систем сотовой и спутниковой связи, как основы единой глобальной системы широкополосной связи.

Учебное пособие предназначено для курсантов факультета летной эксплуатации КЛА НАУ при изучении оборудования в соответствии с учебной программой «Радиооборудование», а также для студентов других авиационных учебных заведений.

Рецензенты: Кравченко Ю.В. — профессор кафедры применения космических систем и геоинформационного обеспечения Национального университета обороны Украины, д.т.н., профессор;

Осадчий С.И. — зав. кафедрой автоматизации производственных процессов Кировоградского национального технического университета, доктор технических наук, профессор.

Рассмотрено и рекомендовано для издания и использования в учебном процессе решением кафедры авиационного оборудования, протокол №3 от 23.10.2012 г.

© Хафизов А.В., 2013

Раздел 1. Основные понятия электросвязи

1.1 Информация, сообщение, сигнал

1.2 Преобразователи сообщений и сигналов

1.3 Электрические сигналы: классификация, параметры

1.3.1 Понятие спектра сигнала

1.3.2 Спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов

1.4 Понятия системы связи, канала связи и их классификация

Раздел 2. Радиоканалы передачи речевых сообщений

2.1 Радиоканалы с амплитудной модуляцией

2.2 Радиоканалы с однополосной модуляцией

Раздел 3. Радиоканалы передачи данных

3.1 Основные положения теории передачи данных

3.2 Метод импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)

3.3 Способы манипуляции в цифровых радиоканалах

3.4 Структурная схема радиоканала с ИКМ

3.5 Радиоканалы передачи данных в авиационной подвижной службе (AMS)

3.5.1 Назначение и структура системы передачи данных

3.5.2 Состав бортовой системы передачи данных

3.5.3 Адресно-отчетная система авиационной связи ACARS

Раздел 4. Бортовые средства связи

4.1 Основные положения по организации связи в гражданской авиации

4.2 Состав бортового оборудования связи

4.3 Бортовые радиостанции

4.3.1 Требования ИКАО к техническим характеристикам радиостанций

4.3.2 Функциональное построение бортовой радиостанции

4.3.3 Назначение и принцип работы синтезатора частоты

4.3.4 Особенности построения структурных схем бортовых радиостанций

4.3.5 Назначение органов управления и порядок проверки работоспособности радиостанций

4.4 Аппаратура внутрисамолетной связи: назначение, принципы построения

4.5 Бортовые устройства записи речевых сообщений (речевые регистраторы)

4.5.1 Назначение и принцип действия

4.5.2 Требования ИКАО и основные характеристики бортовых регистраторов

4.5.3 Комплект, особенности, органы управления и индикации

Раздел 5. Системы широкополосной связи

5.1 Сотовые системы связи

5.1.1 Назначение и принцип организации сотовой связи

5.1.2 Состав и функционирование сотовой системы связи

5.1.3 Технологии множественного доступа

5.1.4 Стандарты и технологии

5.2 Спутниковые системы связи

5.2.1 Назначение и состав спутниковых систем связи

Читайте также:  Какие средства выводят воду из организма

5.2.2 Структура построения сетей спутниковых служб

5.2.3 Основные факторы, влияющие на качество спутниковой связи

5.2.4 Характеристика спутниковых систем связи

Раздел 6. Спутниковая система поиска и спасания COSPAS-SARSAT

6.1 Назначение и состав системы COSPAS-SARSAT

6.2 Принцип определения местоположения радиобуя в системе COSPAS-SARSAT

6.3 Перспективные направления развития COSPAS-SARSAT

6.4 Аварийный радиомаяк АРМ-406П

6.5 Аварийный радиомаяк АРМ-406АС1

Средства связи являются составной частью радиотехнического оборудования самолета, и предназначены для передачи и приема информации. Своевременность, достоверность, целостность и непрерывность передачи и получения информации, являются критериями надежной связи. Надежная связь — это обязательный и необходимый компонент обеспечения регулярности и безопасности полетов.

В системе «оператор-средство связи», важной составляющей в обеспечении надежной связи, является оператор, точнее его действия по включению, настройке, проверке работоспособности, применению других способов и, быть может, резервных вариантов передачи и приема информации. Все эти действия, рассматриваемые в комплексе, назовем грамотной эксплуатацией.

Грамотная эксплуатация средства связи летным экипажем, возможна при условии:

— твердых знаний по решаемым задачам, техническим характеристикам средств авиационной связи, условиям их применения и эксплуатации;

— понимания «процессов преобразования», которые происходят в аппаратуре связи, структуры ее построения, особенностей режимов работы, а также воздействия органов управления и регулировок на ее возможности;

— умения проводить анализ и оценку влияния отказа или неисправности некоторых элементов аппаратуры на ее работоспособность в целом;

— осознанного выполнения проверки работоспособности аппаратуры перед полетом и эксплуатации ее в полете.

Под «процессами преобразования» понимаются процессы, связанные с преобразованием электрического сигнала, в форму и параметры которого, «закладывается» информация. Поэтому, в разделах 1 и 3 рассматриваются параметры аналогового и цифрового сигналов. Особое внимание уделяется понятиям ширины спектра сигнала и полосы пропускания канала связи, так как, достоверность принятой информации во многом зависит от согласованности параметров сигнала и канала связи.

На самолетах, эксплуатируемых в настоящее время, применяется довольно обширный перечень оборудования связи, среди которого встречается оборудование, установленное еще в 60-е годы прошлого века, и оборудование, изготавливаемое современной промышленностью. Поэтому в учебном пособии, наряду с рассмотрением современного оборудования связи, рассматривается также, в плане обзора, и «устаревшее», которое еще применяется на большинстве самолетов отечественного производства.

Учитывая переход современных средств коммуникации на цифровые способы передачи информации, а в перспективе на единую глобальную систему связи, в учебном пособии рассматриваются вопросы теории передачи данных, организации и применения системы передачи данных в гражданской авиации (система ACARS, каналы связи режима S, каналы спутниковой системы связи). Причем, технологии и стандарты связи, включая способы множественного доступа, применяемые в спутниковых системах, во многом схожи с наземными сотовыми системами связи. Поэтому при изложении материала по принципу работы спутниковых систем, приводятся ссылки на рассмотренные, похожие принципы в сотовых системах.

Структура пособия и включенный в него учебный материал, базируется на полученных курсантами знаниях по теории распространения радиоволн, работы антенн, схем усилителей, модуляторов, детекторов и элементов (диодов, транзисторов и др.), образующих данные схемы.

Раздел 1. Основные понятия электросвязи

1.1 Информация, сообщение, сигнал

В общем случае, информация есть совокупность сведений о каких-либо событиях, явлениях или предметах. Задача электросвязи состоит в том, чтобы передать информацию от отправителя к получателю. Информация передается в виде сообщений, т.е. сообщение — это форма представления информации, предназначенная для передачи.

Различают оптические (телеграмма, письмо, фотография) и звуковые (речь, музыка) сообщения. Документальные сообщения наносятся на определенные носители (например, на бумагу). Сообщения, предназначенные для обработки в компьютерных системах, называют данными.

Сообщения могут быть представлены множеством своих элементов. Если сообщение состоит из конечного числа элементов, например, из совокупности букв и цифр, то такое сообщение называется дискретным. При бесконечном числе элементов — сообщение является непрерывным. Примером непрерывного сообщения может служить речевое сообщение.

В электросвязи передача сообщений осуществляется с помощью электрических сигналов. Электрический сигнал является носителем или транспортировщиком сообщения.

Таким образом, для передачи сообщений от источника к потребителю сообщений, следует преобразовать сообщения в электрические сигналы, затем организовать передачу сигналов, их прием и выполнить обратное преобразование принятых сигналов в исходное сообщение.

1.2 Преобразователи сообщений и сигналов

Существуют различные способы преобразования звуковых и оптических сообщений в электрические сигналы и преобразования электрических сигналов в сообщения. Не вдаваясь в детали рассмотрения всех способов преобразования, остановимся лишь на принципе действия некоторых преобразователей звука и изображения.

Прибор для преобразования звуковых колебаний (переменного звукового давления) в электрические сигналы называется микрофоном [8].

По способу преобразования звуковых колебаний в электрические, различают микрофоны угольные, пьезоэлектрические, электромагнитные, динамические и конденсаторные. Наиболее простым является угольный микрофон (рис. 1.1), принцип действия которого, основан на изменении электрического сопротивления угольного порошка, вследствие изменения его плотности при колебательных движениях мембраны. Изменение сопротивления приводит к образованию переменного напряжения или тока, изменяющегося в такт со звуковыми колебаниями. Изменяющееся по величине напряжение или ток является электрическим сигналом.

Преобразование электрического сигнала в звуковые колебания осуществляется, как правило, с помощью телефона или электродинамического громкоговорителя [8].

Устройство телефона показано на рис. 1.2. Электрический сигнал поступает на обмотки электромагнита. Изменение тока сигнала приводит к образованию изменяющегося магнитного потока Ф

. На мембрану действует сила, определяемая магнитным потоком Ф

и магнитным потоком постоянного магнита Ф=, вынуждая ее колебаться с частотой тока, протекающего по обмоткам электромагнита. Колебания мембраны вызывают колебания воздуха — звук.

Таким образом, при передаче — сообщение с помощью микрофона преобразуется в электрический сигнал, в котором содержится «отпечаток» сообщения в виде изменяющегося по величине тока или напряжения, а при приеме — электрический сигнал преобразуется с помощью телефона в сообщение.

Преобразование оптического сообщения

Оптическое сообщение содержится в величине светового потока, отраженного от объекта. Преобразование оптического сообщения в электрический сигнал осуществляется устройствами, принцип действия которых основан на внутреннем и внешнем фотоэффектах. Внутренний фотоэффект проявляется в изменении свойств некоторых веществ под влиянием света (например, электропроводность). Внешний фотоэффект заключается в испускании электронов телами под действием света.

Для преобразования неподвижного изображения, например изображения на бумаге, используется внешний фотоэффект, реализация которого осуществляется на основе фотоэлемента.

Рассмотрим принцип действия фотоэлемента (рис. 1.3) [8].

На внутреннюю поверхность вакуумной колбы нанесен фотокатод, обладающий внешним фотоэффектом. Под влиянием светового потока (2) фотокатод испускает электроны, которые под действием электрического поля движутся к аноду.

В цепи фотоэлемента возникает электрический ток — фототок. Сила фототока пропорциональна величине светового потока, но эта сила настолько мала, что требует усиления. Задача усиления фототока решается с помощью фотоэлектронного умножителя (ФЭУ). Фототок усиливается в ФЭУ в результате явления вторичной электронной эмиссии, которая заключается в испускании электронов поверхностью твердого тела при ее бомбардировке электронами. При этом количество испускаемых (вторичных) электронов намного больше бомбардирующих (первичных). С помощью ФЭУ удается усилить фототок почти в 100 раз.

Рассмотрим преобразование изображения, нанесенного на бумагу, в электрический сигнал.

Изображение разбивается на множество элементарных площадок. Размеры площадок выбираются с таким расчетом, чтобы отражательная способность каждой площадки в пределах ее границ не менялась. На рис. 1.4 изображена данная процедура. Здесь небольшой участок изображения буквы «А» (обведенный прямоугольником) разбит на элементарные площадки.

С помощью оптических линз формируется узкий световой пучок, который образует на поверхности изображения световое пятно, по форме и размерам соответствующее элементарной площадке. Если этот пучок направить на элементарную площадку изображения, а свет, отраженный от нее, направить на ФЭУ, то на выходе последнего возникнет электрический ток. Световой пучок поочередно, в определенной последовательности «обходит» все элементарные площадки изображения, поэтому на выходе ФЭУ образуется ток, сила которого меняется в соответствии с отражательной способностью элементарных площадок. Для примера рис. 1.4, при прохождении световым пучком 5-й строки изображения (снизу), форма тока на выходе ФЭУ будет иметь вид, показанный на рис. 1.5.

Процесс последовательного преобразования элементов изображения в электрический сигнал называется анализом, а само устройство — анализирующим или модулятором. Электрический сигнал, сформированный таким образом, часто называют видеосигналом.

Для получения видеосигнала, соответствующего изображению, обычно используется механическая развертка, при которой изображение перемещается по горизонтали и вертикали перед ФЭУ.

Такой принцип преобразования применяется, например, для передачи изображений (рисунков, чертежей, фотографий, текстов, газетных полос и так далее) в факсимильной связи. На рис. 1.6 изображена схема факсимильной связи [8].

На приемном барабане устанавливается фоточувствительная бумага. Запись ведётся источником света, яркость которого промодулирована видеосигналом. Приемное устройство называется синтезирующим или демодулятором.

Для преобразования подвижного изображения в электрический сигнал необходима очень высокая скорость развертки, которая может быть обеспечена только электронными средствами. Преобразование в этом случае осуществляется с помощью передающей телевизионной трубки [9].

Рассмотрим принцип действия передающей телевизионной трубки типа видикон (рис. 1.7).

Изображение передаваемого объекта (1) проецируется с помощью объектива (2) через стекло вакуумного баллона (3) на светочувствительный слой (5), именуемый мишенью.

Этот слой нанесен на пластину (4) — прозрачную для света металлическую пленку, нанесенную на внутреннюю поверхность стекла (3). Электронный прожектор (7) создает электронный луч (6), который концентрируется на мишени фокусирующей системой (ФС). Развертка — движение луча по строкам (горизонтали) и перпендикулярно к ним (по вертикали) — производится с помощью отклоняющей системы (ОС). Под действием попавшего на мишень света электрическое состояние мишени вследствие внутреннего фотоэффекта изменяется.

Читайте также:  Моющее средство для моющего пылесоса vax

При проецировании изображения на мишень проводимость отдельных ее участков изменяется пропорционально их освещенности. Чем выше освещенность, тем больше проводимость мишени. Проводимость всех неосвещенных участков минимальна и одинакова.

Разность между токами iс, протекающими через резистор нагрузки R, когда электронный луч развертки находится на освещенном и неосвещенном участках, образует сигнал изображения. Напряжение видеосигнала uс снимается с резистора R.

Таким образом, световой поток, отраженный от подвижного изображения преобразуется в видиконе в проводимость мишени. С нагрузки R снимается электрический сигнал (видеосигнал), в изменении амплитуды которого, заложено сообщение.

Для преобразования видеосигнала в оптическое изображение, применяются различные способы. Наибольшее распространение получили электромеханический, фотографический, электрохимический и электронный.

В качестве примера рассмотрим электронный способ, который основан на применении приемной телевизионной трубки — кинескопа, изображенного на рис. 1.8 [9].

Здесь используется электронная схема развертки.

Кинескоп представляет собой стеклянный вакуумный баллон (6). На внутреннюю поверхность широкой части баллона нанесен слой люминофора (7) — вещества, способного светиться при облучении его электронами.

Источником электронов в кинескопе является электронный прожектор (1), создающий поток электронов, который под действием фокусирующей системы (не показано на рисунке) формируется в электронный луч (5). Этот луч под действием ускоряющего электрического поля анода (3) направляется на люминофор, вызывая свечение того участка, на который он падает.

Яркость свечения участка люминофора зависит от силы тока луча, а ток луча определяется напряжением на управляющем электроде (2). На управляющий электрод кинескопа подается видеосигнал, в изменении амплитуды которого, заложен «отпечаток» сообщения. Этот сигнал и определяет силу тока луча и яркость свечения того или иного участка люминофора.

Под действием отклоняющей системы (4) электронный луч «пробегает» всю поверхность люминофора, высвечивая на нем строку за строкой. Если лучи передающей трубки и кинескопа движутся синхронно и синфазно, луч кинескопа будет создавать на экране изображение, соответствующее тому, которое передается.

Скорость движения луча по экрану обеспечивает формирование 24 кадров в секунду.

Таким образом, искомое сообщение проявляется в яркости свечения участком экрана кинескопа.

1.3 Электрические сигналы: классификация, параметры

Электрические сигналы различают на непрерывные и дискретные сигналы. Непрерывный электрический сигнал часто называют аналоговым.

Аналоговые сигналы, например речевые, описываются непрерывной функцией времени (рис. 1.9).

Дискретные электрические сигналы характеризуются конечным числом значений информационного параметра. Например, электрический сигнал, изображенный на рис. 1.10, имеет 9 значений амплитуды. Подобной формы сигнал может быть на выходе видикона в телевидении или же, ФЭУ в факсимильной связи.

В системе передачи данных, информационный параметр может принимать одно из двух значений: «1» или «0»; где значению «1» соответствует высокий уровень напряжения или тока, а значению «0» — низкий. Дискретные электрические сигналы такого вида называются цифровыми (рис. 1.11).

Сигналы делятся также на периодические, значения которых повторяются через определённые промежутки времени, и непериодические.

Простейший периодический сигнал имеет форму гармонического колебания (рис. 1.12), математическое выражение которого, имеет следующий вид:

где: u — мгновенное или текущее значение напряжения сигнала;

Um — амплитудное значение напряжения (амплитуда);

щ — угловая (круговая) частота сигнала. Период T, угловая частота щ и частота f связаны зависимостью: щ = 2рf, f = 1/T;

— начальная фаза. Начальная фаза сигнала на рис. 1.12 равна 180°.

Для гармонических сигналов, период T соответствует одному колебанию, т.е. в течение периода текущая фаза сигнала изменяется от 0є до 360є. Величина, обратная периоду называется частотой. Частота f характеризует количество колебаний в единицу времени. Например, частота f = 50 Гц означает, что в течение одной секунды совершается 50 колебаний. Применяется также другая размерность: килогерц (1 кГц = 103 Гц); мегагерц (1 МГц = 106 Гц); гигагерц (1 ГГц = 109 Гц).

1.3.1 Понятие спектра сигнала

Как известно, обычный видимый свет является сложным, состоящим из простейших цветов (цвета радуги), каждый из которых, имеет свою частоту электромагнитных колебаний. Эти цвета образуют спектр света.

В системах электросвязи также приходится иметь дело со сложными сигналами, которые, в общем случае, состоят из простейших гармонических колебаний разных частот.

Например, на рис. 1.13 представлен результат алгебраического сложения трех гармонических сигналов u1, u2 и u3, периоды колебаний которых, соответственно Т1, Т2 и Т3 [11].

Причем, частота (F = 1/Т) сигналов u2 и u3 является кратной F1, т.е. F2=2F1 и F3=3F1. Справа от временных диаграмм (рис. 1.13,б), сигналы представлены в виде амплитудно-частотного спектра. На этих диаграммах, ось абсцисс образует шкалу частот f = nF1, где n — целое число, а на оси ординат откладываются отрезки, длина которых пропорциональна амплитудным значениям Unm сигналов (без учета начальных фаз гармоник).

Как видим (рис. 1.13,а), форма суммарного сложного сигнала u?, повторяется через временной промежуток Т. Следовательно, этот сигнал является периодическим, период колебания которого, равен периоду колебания сигнала u1, т.е. Т = Т1.

Таким образом, если результатом сложения нескольких гармонических сигналов, является периодический сложный сигнал, то, очевидно, и любой сложный периодический сигнал можно разложить на простейшие гармонические составляющие.

Так в соответствии с [11], любой сложный периодический сигнал можно представить в виде совокупности простейших гармонических сигналов, значения амплитуд (Unm), частот (щn) и начальных фаз (цn) которых, можно найти посредством разложения в ряд Фурье:

где n = 1,2,3… — целое число, а Щ = 2рF, F=1/Т.

Примечание. В дальнейшем, частоту высокочастотного колебания будем обозначать буквой f, а низкочастотного — F.

Гармонические сигналы, частота которых F1 = F, F2 = 2F, F3 = 3F и т.д. именуются соответственно: первая, вторая, третья гармоники.

Таким образом, спектр сигнала — это совокупность гармоник (гармонических составляющих) с конкретными значениями частот и амплитуд, образующих в сумме сложный электрический сигнал. Спектр может быть представлен в виде графического изображения, т.е. изображения амплитуд гармоник на оси частот (рис. 1.13, б).

Характерно, что спектр периодических сигналов не сплошной, а линейчатый, т. е. между соседними линиями спектра имеются «просветы» шириной в частоту следования сигнала F = 1/Т.

Более сложный сигнал, например, приведенный на рис. 1.9 (круче изгибы), характеризуется большим количеством составляющих от Fн до Fв, где Fн и Fв соответственно нижняя и верхняя составляющие спектра сигнала.

Интервал (диапазон) частот Fв — Fн = ДF называется шириной спектра сигнала. Ширина спектра сигнала — это интервал (диапазон) частот, в пределах которого сосредоточена основная часть энергии сигнала.

Так, спектр звукового сигнала (музыка и пение, включающие в себя и спектр речи) имеет общую ширину 20. 20 000 Гц и зависит от класса вещания: 1-ый класс — 50. 10 000 Гц; высший класс — 30. 15 000 Гц и т.д.

Частотный спектр речи лежит в пределах: от 50 Гц до 10 000 Гц. Частота основного тона речи находится в пределах от 50. 80 Гц (самый низкий мужской) до 200. 250 Гц (самый высокий женский или детский).

Звуки речи различных людей отличаются количеством формант (спектральных областей резонанса при произношении звуков речи) и их мощностью. Из рис. 1.14 [3] видно, что форманта буквы «А» находится в спектре частот, близких к частоте 950 Гц, а форманта буквы «Е» — к частоте 690 Гц. Установлено экспериментально, что все остальные форманты гласных и согласных звуков, из которых складывается речь, не выходят за пределы спектра 300. 3400 Гц.

В соответствии с МСЭ-Т (Международной организацией по электросвязи), качество речи можно считать удовлетворительным, если передаются шесть формант. Спектр частот, при этом, может быть ограничен диапазоном 300 — 3400 Гц [4]. Такой сигнал называется сигналом тональной частоты (ТЧ).

1.3.2 Спектр периодической последовательности прямоугольных импульсов

Рассмотренные сигналы речевых сообщений относятся к непрерывным (аналоговым) сигналам. Вместе с тем, в факсимильной, телевизионной связи, в системе передачи данных, приходится иметь дело с сигналами другой формы (рис. 1.10 и рис. 1.11), спектр которых, отличается от аналоговых.

Рассмотрим спектр периодической последовательности импульсов, временная диаграмма которой представлена на рис. 1.15,а.

Периодическая последовательность импульсов, характеризуется такими параметрами:

— периодом следования TC или частотой повторения импульсов FC = 1/TC;

— амплитудой импульса Um;

— длительностью импульса ф.

Не приводя математических выкладок, просто продемонстрируем, что данную последовательность импульсов можно получить путем алгебраического сложения:

— постоянного напряжения U0 (постоянная составляющая) (рис. 1.15,б);

— косинусоидального колебания первой гармоники с частотой FC = 1/TC (рис. 1.15,в);

— косинусоидального колебания второй гармоники с частотой 2FC (рис. 1.15,г);

— косинусоидального колебания третьей гармоники с частотой 3FC (рис. 1.15,д) и т.д.

Чем больше гармоник «участвует» в таком алгебраическом сложении, тем ближе суммарное колебание к форме импульсной последовательности.

На рис. 1.16 приведена спектральная диаграмма периодической последовательности прямоугольных импульсов, на которой пунктирной линией изображена огибающая спектра.

В спектральной диаграмме, на «нулевой» частоте указана спектральная линия постоянной составляющей U0, затем линия первой гармоники на частоте FC, линия второй гармоники на частоте 2FC, и т.д. Амплитуда каждой последующей гармоники меньше предыдущей, т.е. U1m>U2m>U3m…, а их частота кратна частоте следования FC.

Форма огибающей спектра определяется отношением sinx/x, где x = nFC, n — целое число. Как видим, огибающая спектра по форме представляет затухающую кривую, которая пересекает ось абсцисс через равные интервалы частот 1/ф, 2/ф, 3/ф, . причем в первых двух ветвях, т.е. в диапазоне частот от 0 до 2/ф, сосредоточено 95 % всей энергии импульса, остальные же 5% приходятся на частоты от 2/ф до ?.

Читайте также:  Хвн что это такое народные средства

Чем меньше длительность импульса ф, тем шире область частот спектра, в пределах которой распределяется основная часть энергии импульсов. Например, для ф = 1 мкс, ширина спектра ?F = 2/ф = 2/10-6 = 2 МГц (с сохранением 95% энергии импульсов), а для ф = 0,1 мкс, ?F = 20 МГц. Для приема таких импульсных последовательностей, ширина полосы пропускания приемника должна быть 2 МГц для ф = 1 мкс и 20 МГц для ф = 0,1 мкс. Количество спектральных линий в пределах частотного диапазона от 0 до 1/ф, зависит от соотношения между периодом следования TC и длительности импульса ф. Демонстрация такой зависимости приведена на рис. 1.17.

Как видим, если длительность импульса составляет половину периода колебания (колебание изображено пунктирной линией) или половину периода следования TC, т.е. фИ1 = TC /2, то на спектральной диаграмме (рис. 1.17,б) в пределах частотного промежутка от 0 до 1/фИ1 помещается две спектральные линии FC и 2FC (составляющая на частоте 2FC равна нулю). При уменьшении длительности импульса вдвое (фИ2 = TC /4), на частотном промежутке от 0 до 1/фИ2 размещается уже четыре спектральные линии FC, 2FC, 3FC и 4FC (не считая спектральной линии постоянной составляющей) (рис. 1.17,г).

Таким образом, чем больше отношение TC /ф, тем большее количество спектральных составляющих помещается в пределах частотного диапазона от 0 до 1/ф.

При одновременном изменении и периода следования и длительности импульса, причем так, что отношение TC/ф остается неизменным, происходит только расширение или сужение спектра, число же спектральных линий не изменяется. На рис. 1.18 приведен пример расширения спектра сигнала для случая, если и период следования и длительность импульса уменьшается в полтора раза.

В существующих системах связи, ширина спектра сигналов рассчитывается исходя из следующих соображений.

В телеграфии длительность импульса (при скорости Fс = 50 импульсов/с) составляет 1/50 = 0,02 с. При этом, ширина спектра таких сигналов F = 2/ф = 2/0,02 с = 50 Гц. При скорости 2400 импульсов/с (среднескоростная система передачи данных) ширина спектра сигнала равна примерно 4800 Гц.

Спектр факсимильных сигналов (§1.2) обычно имеет полосу частот 1500-3000 Гц. Ширина спектра факсимильного сигнала зависит от скорости развертки изображения и размеров светового пятна. Например, на стандартном листе бумаге форматом А4, в одной строке помещается примерно 1000 черно-белых элементов изображения при ширине светового пятна 0,2 мм. Если скорость развертки составляет 60 строк в минуту, т.е. каждая строчка считывается за 1 с, то за эту секунду 500 раз будет осуществлен переход с черного на белое или наоборот, и, следовательно, максимальная частота чередования импульсов — 500 Гц.

Для передачи газет применяются высокоскоростные факсимильные аппараты с шириной светового пятна 0,05 мм (в обычном случае 0,1-0,2 мм). Это требует повышенную скорость развертки и позволяет передавать одну полосу газеты за 2-3 мин. Таким образом, спектр факсимильного сигнала при передаче газетных полос расширен до 180 кГц.

Для определения ширины спектра телевизионных сигналов, образуемых на выходе видикона (§1.2), воспользуемся следующими рассуждениями.

Движение развертки в видиконе осуществляется построчно и покадрово. При количестве строк 625, количестве элементов в каждой строке 833 и 25 кадрах в секунду, частота чередования импульсов (переход с черного на белое и наоборот) составит: 625·833·25 = 13 015 625/2 = 6,5 МГц. Нижней границей берется граница звукового сигнала 50 Гц.

В таблице 1.1 дано обобщение по ширине спектров некоторых сигналов.

Таблица 1.1 — Ширина спектра сигналов электросвязи [7]

Источник

Радиосвязь самолетов. Средства связи между самолетами в воздухе.

Основные требования, предъявляемые к самолетным радиостанциям: возможно меньший вес и объем, максимально простое обслуживание.

Радиосвязь является наиболее ценной, когда радиус ее действия равняется радиусу действия самолета. Радиус действия радиостанции зависит от:

а) мощности передатчика;

б) качества и усилительной способности приемника;

в) расположения наземной антенны (на возвышенном месте),

г) времени суток и года — ночь и зима более благоприятствуют работе, чем день и лето;

д) форм радиопередачи: по радиотелеграфу можно перекрывать в 2—2,5 раза большее пространство, чем радиотелефоном той же мощности; если телефонная связь затрудняется, необходимо переходить на телеграфную связь;

е) опытности и умения добиваться максимального излучения в пространство электромагнитной энергии, а для работающего на приемнике от умения настраивать его для улавливания телефонной или телеграфной передачи;

ж) строения земной коры; например, наличие магнитных масс сильно сокращает радиус действия.

Положительные свойства радиосвязи.

1. Разнообразие сообщений. Радиосвязь имеет неограниченные возможности передачи. Нормальная скорость передачи с самолета с помощью азбуки Морзе 50—60 знаков в минуту. Радиограмму в 25 слов можно передать примерно в 3 минуты. Скорость передачи по коду увеличивается еще больше; что же касается передачи по телефону, то преимущества этого вида передачи очевидны сами собой,

2. Возможность двусторонней связи. Почти все самолетные радиостанции включают в себя, и передатчик и приемник.

3. Возможность одновременной работы нескольких станций.

4. Возможность работы в любое время и при всякой погоде.

5. Передача во всех направлениях, облегчающая управление (изменение маршрутов полетов, дача новых заданий и пр.) и определение местоположения самолета.

Особенности радиосвязи

1. Одновременность приема и передачи замедляет темпы работы, так как непонятое при передаче слово и искажение бука могут быть исправлены только по окончании передачи, после запроса со стороны принимавшей радиостанции.

2. Сложность обслуживания находящихся в настоящее время на вооружении радиостанций. Кроме того, работа ключом Морзе и прием телеграфных сигналов на слух требуют от летнабов высокой технической подготовленности.

3. Большой вес аппаратуры (от 35 до 75 кг и более) уменьшает боевую нагрузку.

4. Выпускная антенна делает самолет менее гибким в отношении фигурных полетов: для выполнения фигурного полета и при посадке самолета антенну приходится сматывать.

На одноместных истребительных самолетах антенны делаются исключительно жесткими (не выпускными). Подобные антенны уменьшают радиус действия радиостанции.

  • 5. Трудность организации радиосвязи. Радиосвязь возможна

только при отсутствии мешающего действия со стороны других работающих радиостанций своей армии. Для устранения этого препятствия обслуживающие радиостанции разбиваются на сети с назначением каждой сети определенной волны и строжайшим соблюдением радио дисциплины.

  • 6. Мешающее действие может иметь место по следующим причинам:

а) насыщенность радиостанциями небольших участков при приблизительно одинаковом диапазоне волн работающих радиостанций; до некоторой степени устраняется применением приемников с большой остротой настройки;

б) мешающее действие радиостанций большей мощности, умышленно пущенных в ход противником на той волне, которую он хочет заглушить;

в) атмосферные электрические разряда, особенно в летнее время, которые иногда делают прием совершенно невозможным.

  • 7. Перехватывание противником. Распространение электромагнитных волн во всех направлениях позволяет противнику перехватывать передачу.

Перехват радио

Чтобы избежать возможности перехвата передаваемых по радио сведений противником, переговоры приходится вести в зашифрованном виде.

Для быстрой передачи и расшифрования радиограмм самолетная передача кодируется.

При современной скоротечности и динамичности боя к службе авиационной связи предъявляются следующие требования:

а) обеспечение управления с самолета;

б) максимальная, почти мгновенная, скорость передачи;

в) возможность одновременной передачи и приема;

г) возможность графической передачи (схем, карт, писем, фото);

д) возможность одновременной передачи приказаний всем боевым средствам, участвующим в операции;

е) автоматичность приема и передачи;

ж) секретность и независимость от мешающих действий противника.

Учитывая высокие требование и особо тяжелые условия работы на самолете, желательно иметь в качестве основных средств: радио-сигнализацию с автоматическим приемом и теле- автографическую связь (передача изображений) и как дополняющие и дублирующие средства — радиотелеграф и радиотелефон.

Вспомогательные средства связи с самолетами, находящимися в воздухе

Сигнальное полотнище служит для передач сообщений с земли на самолет. Полотнище изготовляется темно-синего цвета, с нашитыми на нем из белого полотна буквой Т и девятью занумерованными отростками. Отростки открываются и закрываются откидными клапанами темно-синего цвета. Каждый из девяти отростков полотнища имеет постоянное цифровое значение от 1 до 9.

Клапаны могут открываться одновременно по 1, по 2, по 3 и т. д. Таким образом, с помощью сигнального полотнища можно передать 511 различных сигналов, из которых и составляется необходимый для переговоров общевойсковой код.

При одновременном открытии двух или более клапанов необходимо читать сигнал как число, составленное из ряда возрастающих цифр; например, на полотнище А выложенный сигнал читается «19», а не «91», на полотнище Б сигнал читается «268», а не «628», или «286» и т. д.

Сигналами однозначными, т. е. когда открываются по одному из девяти клапанов, передаются исключительно числа.

Если пост открывает сигналы в порядке последовательности, то это означает, что он передал «287». Если требуется передать не одно число, а несколько, то после передачи каждого числа передается Сигнал «1239», имеющий постоянное значение «знака раздела».

Каждый сигнал выкладывается на время от 6 до 8 секунд в зависимости от натренированности летнаба, затем сигнал закрывается и через 4—5 секунд открывается следующий.

Сигналы двухзначные, начиная с сигнала «12», и многозначные, открываемые одновременно, служат как для передачи букв алфавита, так и для передачи целых слов, значение которых определяется по кодовой таблице.

Источник