авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Формирование и исследование математических и схемотехнических моделей приемных систем спутникового телевидения

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Абдeльтауаб Сейф Хазза

ФОРМИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ И

СХЕМОТЕХНИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ПРИЕМНЫХ СИСТЕМ

СПУТНИКОВОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ

Специальность:

05.12.04 – Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Таганрог – 2007

Работа выполнена на кафедре радиоприемных устройств и телевидения Таганрогского технологического института Южного федерального университета

Научный руководитель: – доктор технических наук,

профессор Галустов Г. Г.

(ТТИ ЮФУ, г. Таганрог)

Официальные оппоненты: – доктор технических наук

профессор Федосов В.П.

(ТТИ ЮФУ, г. Таганрог)

– кандидат технических наук

Перевощиков И.В.

(НИИ Радиосвязи, г.Ростов н/Д)

Ведущая организация: – ФГУП «Таганрогский НИИ Связи»

Защита состоится " " августа 2007г. в часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.20 в Таганрогском технологическом институте Южного федерального университета по адресу: 347928, г. Таганрог, Ростовской области, пер. Некрасовский, 44, ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомится в Зональной научной библиотеке

Южного федерального университета.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью организации, просим направлять по адресу:

ТТИ ЮФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д212.208.20,

пер. Некрасовский, 44, г. Таганрог, Ростовская область, ГСП-17А, 347928.

Автореферат разослан " " ___ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент Савельев В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Наблюдаемый в настоящее время прогресс науки и техники, постоянно возрастающие потребности общества обуславливают необходимость выполнения проектных работ большого объема. Сказанное в полной мере относится к быстро развиваемым информационно-коммуникационным технологиям (инфокоммуникациями), включающим в себя спутниковые сети связи и телевизионного вещания. По утверждению Президента Международной Академии Связи доктора технических наук профессора Л.Е. Варакина индустрия создания и предоставления услуг инфокоммуникаций является основой развитой информационной среды, и именно на ней строится социально экономическая база перехода к информационному обществу. Возникшее в настоящее время противоречие между ростом сложности инфокоммуникаций и необходимостью проектирования их в сжатые сроки обусловило создание и быстрое развитие ряда систем автоматизированного проектирования.

Под автоматизацией проектирования понимается способ проектирования, при котором часть проектных операций и процедур осуществляются взаимодействием человека и электронно-вычислительной машины (ЭВМ). Методы автоматизированного проектирования появились, как результат стремления заменить дорогостоящее и длительное физическое моделирование математическим. Под моделированием понимается получение модели, способной замещать реальный объект в нужных исследователю отношениях, и оперирование этой моделью с целью получения полезной информации об объекте. При математическом моделировании вместо макета используют его математическую модель.

Таким образом, разработка математических моделей, методов и алгоритмов, в достаточной степени учитывающих возможности ЭВМ и позволяющих достичь новых рубежей в точности, универсальности, степени оптимальности получаемых результатов обусловлено как актуальностью проблем автоматизированного проектирования, так и развитием и распространением инфокоммуникаций.

Цель работы. Осуществить моделирование приемных систем спутникового телевидения, содержащих цифровые тракты формирования и обработки сигналов, и на основе полученных результатов исследовать варианты схемотехнических решений конкретных устройств, оптимальных с позиций заданных критериев.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Сформировать систему компонентных уравнений, образующих шумовую модель антенны приемной системы спутникового телевидения, с достаточной степенью полноты отражающей свойства атмосферы Земли в -ти климатических зонах мира, в том числе и над территорией Республики Йемен.

2. Провести исследование шумовой математической модели приемной антенны. Полученные результаты сравнить с известными и сделать выводы о применимости полученных результатов в инженерной практике как при разработке приемных телевизионных систем, так и при их эксплуатации.

3. Сформировать шумовую математическую модель обобщенного варианта схемотехнического решения высокочастотного тракта приемной системы спутникового телевидения.

4. Провести исследование сформированной шумовой математической модели конкретного варианта высокочастотного тракта приемной телевизионной системы, и основываясь на полученных результатах, обоснованно предложить, один из вариантов схемотехнического решения высокочастотного тракта, ориентированного на применение современной компонентной базы.

5. Сформировать макромодель высокочастотного тракта приемного телевизионного устройства, позволяющую учитывать влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию и провести исследование данной макромодели.

6. Провести моделирование устройств формирования и обработки сигналов цифрового тракта спутниковых телевизионных систем и исследовать влияние шума на качество приема сигналов цифровыми системами.

Методы исследования базируются на теоретических методах формирования функциональных аналитических моделей, а также использовании математически ориентированных универсальных систем компьютерной математики Lab View 7.1, MATLAB 5.2 и Micro-Cap 7.

Объектом исследования являются наземные антенны приемных телевизионных систем спутникового вещания, их высокочастотные тракты, а также цифровые тракты передачи сигналов изображения, включая их устройства формирования и обработки сигналов.

Научная новизна работы

  1. Решён комплекс методологических задач по формированию компонентных уравнений шумовой температуры наземных антенн приёмных систем спутникового телевидения и последующего построения их конкретных шумовых математических моделей.
  2. Предложена шумовая математическая модель высокочастотного тракта приёмной телевизионной системы, учитывающая влияние зеркального канала приёма.
  3. Предложены два варианта схемотехнических решений конверторов приёмных телевизионных систем, в которых используются сверхвысокочастотные малошумящие усилители на транзисторах с высокой подвижностью электронов (НЕМ-транзисторах).
  4. Предложена макромодель высокочастотного тракта приёмного телевизионного устройства, учитывающая влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию.
  5. Разработаны компьютерные модели, используемые как для схемотехнического моделирования модуляторов QPSK, цифровых частотных детекторов, генераторов шума и помех, так и для исследования влияния шума на качество приёма сигналов цифровыми системами.

Практическая ценность данной диссертационной работы заключается:

  • в формировании и исследовании шумовой модели наземной антенны, позволяющей рассчитывать значение температуры антенны для каждой из 14-ти климатических зон мира с относительной погрешностью менее 6 %;
  • в формировании и исследовании шумовой модели высокочастотного тракта приемной системы с учётом влияния шумов зеркального канала приёма;
  • в результатах моделирования предложенного варианта схемотехнического решения сверхвысокочастотного конвертора, позволяющего получать шумовые температуры на входе менее 100 К;
  • в результатах схемотехнического моделирования устройств формирования и обработки сигналов цифрового тракта спутниковых телевизионных систем и исследовании влияния шума на качество приёма сигналов, позволяющих выявлять пороговые уровни шума, при которых приём цифровых сигналов становится невозможным, несмотря на увеличение потока данных.

Достоверность результатов

Исследования подтверждаются сопоставлением экспериментальных данных ослаблений телевизионного сигнала в атмосфере с расчетными данными, апробацией результатов исследования на научных конференциях, актами их внедрения.

Основные положения, выносимые на защиту

  1. Система компонентных уравнений шумовой температуры наземных антенн приемных систем спутникового телевидения, учитывающая особенности атмосферы в -ти климатических зонах мира.
  2. Методика формирования шумовых моделей высокочастотных трактов приемных устройств с учетом зеркального канала приема.
  3. Предлагаемые варианты схемотехнических решений сверхвысокочастотных конверторов приемных систем спутникового телевидения, содержащие малошумящие усилители на транзисторах с высокой подвижностью электронов.
  4. Макромодель высокочастотного тракта приемного телевизионного устройства, учитывающая влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию.
  5. Результаты схемотехнического моделирования устройств формирования и обработки сигналов цифровых трактов спутниковых телевизионных систем и результаты исследования влияния шума на качество приема сигналов цифровыми системами.

Внедрение результатов работы. Результаты моделирования приемных систем спутникового телевидения, содержащих цифровые тракты формирования и обработки сигналов, используются в учебном процессе на кафедре РПрУ и ТВ Таганрогского технологического института Южного Федерального Университета,

НКБ ВС, о чём свидетельствуют акты внедрения.

Апробация работы

Материалы диссертации обсуждались на следующих конференциях: международной научной конференции "Цифровые методы и технологии (ЦМТ – 2005), Таганрог, ТРТУ, 2005г.; международной научной конференции "Статические методы в естественных, гуманитарных и технических науках", Таганрог, ТРТУ, 2006г.; десятом юбилейном международном молодежном форуме "Радиоэлектроника и молодежь в ХХI веке", Харьков, 2006г.; второй ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Ростов-на-Дону, 2006г.; международной научной конференции "Информационные технологии в современном мире", Таганрог, ТРТУ, 2006г.; третьей ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Ростов-на-Дону, 2007г.; международной научной конференции "Проблемы развития естественных, технических и социальных систем", Таганрог, ТТИ ЮФУ 2007г.; тринадцатой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых ВНКСФ-13, Ростов-на-Дону, Таганрог, ТТИ ЮФУ 2007г.;

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, из которых 7 статей, 7 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал работы изложен на 141 странице и содержит 7 таблиц, 34 рисунков, 122 библиографических источников и 5 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и основные задачи, решаемые в диссертации. Представлены основные положения, выносимые на защиту и приведено краткое содержание глав диссертации.

В первой главе представлен анализ особенностей моделирования радиотехнических устройств и задачи математического моделирования телевизионных систем. Рассмотрены особенности математических моделей объектов исследования и методов их формирования, а также сделан обзор и представлен краткий сравнительный анализ моделирования телевизионных систем при помощи современных пакетов математического и схемотехнического моделирования.

Во второй главе представлены сформированная система компонентных уравнений шумовой температуры наземной антенны приемной системы спутникового телевидения, шумовая математическая модель самой приемной системы и макромодель высокочастотного тракта приемного телевизионного устройства, учитывающая влияние шумовой температуры антенны на динамический диапазон по блокированию.

Система компонентных уравнений шумовой температуры наземной антенны является по сути дела её шумовой математической моделью. Степень универсальности данной шумовой модели характеризуется полнотой учитываемых свойств, а адекватность правильностью их отображения.

Преследуя цель наиболее полно отобразить шумовые свойства антенны, учтены такие факторы как: космические излучения, характеризуемые усредненной по небесной сфере яркостной температурой ; излучение атмосферы с учетом гидрометеоров, характеризуемое яркостной температурой ; излучение земной поверхности, проникающее через боковые лепестки антенны и характеризуемое температурой ; излучение атмосферы, отраженное от поверхности Земли и характеризуемое температурой ; влияние обтекателя антенны при его наличии, учитываемое температурой ; собственные шумы антенны, создаваемые её элементами и характеризуемые температурой .

Перечисленные факторы обуславливают шумы, создаваемые антенной и учитываемые её шумовой моделью. Температуры , , , , и являются компонентами шумовой температуры наземной антенны. Для каждого компонента сформировано свое конкретное аналитическое выражение – уравнение. Совокупность компонентных уравнений образует шумовую математическую модель наземной приемной антенны. Её характерной особенностью является то, что она, не являясь чрезмерно сложной, в тоже время не основывается на упрощенном использовании данных, взятых из таблиц и графиков расчетных зависимостей, представленных в справочной литературе. Основываясь на современных представлениях о распределении интенсивности дождя с конкретными значениями доверительной вероятности в каждой из -ти климатических зон мира, сформированная шумовая математическая модель приемной антенны по сложности занимает промежуточное положение между моделями, сформированными на основе строгого учета затухания радиоволн в соответствии с моделью Крейна, и простейшими моделями, базирующимися на допущении однородности свойств атмосферы Земли.

Представленная в диссертации система компонентные уравнений позволяет осуществлять построение математических шумовых моделей приемных наземных антенн, отражающих ситуации распространения радиоволн наиболее приближенных к реальным в -ти климатических зонах мира, в том числе и в атмосфере над территорией Республики Йемен.

Шумовая математическая модель приемной системы спутникового телевизионного вещания представляет собой систему уравнений, в явном виде устанавливающих взаимосвязь параметров функциональных узлов наружного блока приемной системы с компонентами её рабочей шумовой температуры

, (1)

где – абсолютная интегральная температура антенны, характеризующая создаваемые ею шумы в полосе основного канала приема (ОКП); – абсолютная интегральная шумовая температура на входе высокочастотного тракта (ВЧТ) приемного устройства, характеризующая его собственные шумы, приведенные к входу.

При формировании шумовой математической модели приемной телевизионной системы для установления явных функциональных зависимостей рабочей шумовой температуры от параметров функциональных узлов ВЧТ приемной системы использовалась схема замещения, представленная на рис. 1.

 Схема замещения высокочастотного-23

Рис. 1. Схема замещения высокочастотного тракта приемной телевизионной системы

Сечения, показанные на схеме, отделяют функциональные узлы и каскадные группы функциональных узлов с указанием шумовых полос, ими формируемых. Так, шумовая полоса формируется кабелем снижения и последующими за ним вторым усилителем промежуточной частот (УПЧ2), который на схеме не показан. Полоса формируется каскадным соединением гетеродинного преобразователя частоты , первого усилителя промежуточной частоты и , полоса формируется -м и всеми последующими за ним функциональными узлами ВЧТ, аппроксимированных четырехполюсниками, а полоса – вторым и также всеми последующими за ним четырехполюсниками.

С учетом влияния шумов зеркального канала приема (ЗКП) шумовая математическая модель приемного устройства, являющаяся по сути дела аналитическим выражением для , сформирована в виде

, (2)



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.