Аэрокосмического приборостроения

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

С.А. Якушенко

Кафедра №24 Медицинской радиоэлектроники

РАДИОТЕЛЕМЕТРИЯ

Методические рекомендации

к выполнению лабораторных работ

 

 

Санкт-Петербург

БКК 68.517

УДК 621.396.9

УДК 621.396.982/983

УДК 621.391.18

“Радиотелеметрия” Учебное пособие для ввузов/ С. А. Якушенко – ГУАП.– Санкт-Петербург, 2015. – 20 с.

 

 

 

Методические рекомендации содержат описание лабораторных работ, порядок выполнения, требования к отчету и контрольные вопросы к лабораторным работам по дисциплине “Радиотелеметрия” для студентов специальностей 210601.65 «Радиоэлектронные системы и комплексы». Специализация – Радиоэлектронные системы передачи информации..

Цикл лабораторных работ по дисциплине “Радиотелеметрия” предназначен для закрепления знаний теоретического курса, ознакомления с принципами работы элементов связных систем и обработки радиотехнических сигналов, а также для приобретения студентами навыков научного исследования с применением новейших компьютерных программ.

Данные методические указания подготовлены на кафедре медицинской радиоэлектроники.

Ил. 8. табл. 4.

 

 

Рецензент: доктор техн. наук, профессор В. Ф. Михайлов

 

© С. А. Якушенко 2015 г.

© Оформление издательства ГУАП, 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Порядок работы в лаборатории…………………………………………………………...
2. Описание компьютерных моделей лабораторных работ…………….........................
	Лабораторная работа 1
2.1	Исследование процесса формирования дискретных и квантования телеметрических сигналов
	Лабораторная работа 2
2.2.	Исследование аналого-цифровых преобразователей телеметрических сигналов в цифровых системах радиотелеметрии
	Лабораторная работа 3
2.3.	Исследование процесса модуляции телеметрическими сигналами
	Лабораторная работа 4
2.4.	Исследование согласованной фильтрации сигналов в системах передачи радиотелеметрии
	Список используемых источников

Порядок работы в лаборатории

Подготовка к работе

При подготовке к работе следует:

- по конспектам лекций и рекомендованной литературе изучить теоретический материал, относящийся к лабораторной работе (ЛР)

- изучить применяемые для исследований компьютерную программу Multisim

- ознакомиться с описанием выполняемой ЛР и продумать ответы на контрольные вопросы.

Выполнение работ в лаборатории

Лабораторные работы выполняются в дисплейном классе индивидуально каждым студентом. При этом студент должен выполнить все требования.

Работа в лаборатории считается законченной только после просмотра и утверждения полученных результатов преподавателем.

По окончании работы студент обязан привести рабочее место в порядок.

Техника безопасности при проведении работ

В связи с тем, что электропитание компьютеров осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В частотой 50Гц, в процессе выполнения ЛР может возникнуть поражение электрическим током или пожар. Поэтому студенты допускаются к выполнению ЛР только после проведения инструктажа по технике безопасности. Инструктаж проводится преподавателем и подтверждается личной подписью студента в специальном журнале.

Лица, не выполняющие правила техники безопасности или допускающие их нарушение в отношении других лиц, от работы отстраняются и привлекаются к ответственности.

При выполнении лабораторных работ запрещается:

- выполнять работы без инструктажа по технике безопасности;

- выполнять работы без преподавателя или лаборанта;

- самостоятельно включать и выключать компьютеры;

- оставлять без наблюдения включенный компьютер;

- совершать любые действия, которые могут привести к поломке компьютера или повреждению установленных программ и файлов;

- копировать содержащуюся в компьютерах информацию на любые виды собственных носителей без разрешения преподавателя;

- загромождать рабочее место портфелями и другими предметами.

При нарушении изоляции кабелей компьютера или его “зависании ”следует немедленно прекратить работу и сообщить о случившемся лаборанту или преподавателю.

Если произошел несчастный случай, то необходимо НЕМЕДЛЕННО:

- отключить сеть переменного тока;

- сообщить лаборанту или преподавателю;

- оказать первую медицинскую помощь пострадавшему;

- при необходимости вызвать” Скорую помощь” по телефону 03 (сот.тф.112).

Оформление отчета и защита работы

Отчет о выполненной работе должен быть подготовлен индивидуально в электронном виде и храниться в персональной папке на “жестком” диске компьютера дисплейного класса. При подготовке отчета следует применять прилагаемые к каждой лабораторной работе электронные формы. Зачет по работе студент получает после представления отчета на бумажном носителе и успешного ответа на предложенные преподавателем вопросы, связанные с тематикой защищаемой ЛР.

Рекомендуемая литература для самостоятельного изучения

1. Митрофанов И. С. Методические указания к выполнению лабораторных работ по Теории электрической связи: – Санкт-Петербург, ГУАП, 2005.

2. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC.Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Солон-Р, 2003.

3. Очков В.Ф. MathCad 7 Pro для студентов и инженеров. – М.: Компьютер Пресс,1998.

4. Каганов В.И. РАДИОТЕХНИКА+КОМПЬЮТЕР+MATHCAD.- М.:Горячая линия - Телеком,2001.

Лабораторная работа 1

 

Тема: Исследование процесса дискретизации и квантования телеметрических сигналов

Цель работы

1. Исследование процесса формирования дискретных сигналов.

2. Оценка погрешности квантованных дискретных сигналов.

 

Методические указания

3.1. Перед выполнением работы подготовить проект отчета о ЛР, включающий в себя:

- титульный лист с указанием наименования работы, № варианта задания, Ф.И.О. студента, № группы и даты выполнения работы;

- листы для копирования измерительных схем, регистрации результатов измерений, расчетных данных и выводов.

Вариант задания определяется преподавателем.

При подготовке проекта отчета использовать форму из файла otchet.doc

3.2. В программе Multisim создать модель для исследования процесса формирования дискретного сигнала в соответствии с принципиальной электрической схемойприведенной на рис.2.

 

 

Рис.2. Принципиальная электрическая схема исследования процесса

формирования дискретного сигнала

3.3. Установить параметры генератора управляющего сигнала V4 в соответствии с вариантом задания, указанным преподавателем табл.1.

Таблица 1

Варианты заданий параметров генератора управляющего сигнала V4

№ варианта	Частота (Frequency), Гц	Амплитуда (Amplitude), В	Коэффициент заполнения (Duty Cycle),%

 

3.4.Установить частоту функционального генератора XFG1 равной 100 Гц, а амплитуду - 1В в режиме гармонического сигнала.

3.5.Установить следующие параметры источника V1 АМ сигналов:

- амплитуда VC = 0.5В;

- несущая частота FC = 100 Гц;

- частота модуляции FM = 10 Гц.

3.6. Установить следующие параметры источника V2 ЧМ сигналов:

- амплитуда Voltage Amplitude = 0.5В;

- несущая частота Carrier Frequency = 100 Гц;

- частота девиации Signal Frequency = 10 Гц.

3.7.Установить следующие параметры источника гармонических сигналов V3:

- амплитуда Voltage Amplitude = 0.5В;

- частота Frequency = 100 Гц;

- фазовый сдвиг Phase = 90 градусов.

3.8. Установить коэффициенты полиномиального источника A1 равными F=1,G=1,I=1.

3.9. Представить собранную модель лаборанту или преподавателю для проверки.

3.10. Нажатием правой кнопки мыши на черном поле модели вызвать соответствующую вкладку и установить цвет всех компонентов модели - красный. Копировать принципиальную электрическую схему модели в соответствующий раздел отчета.

 

Справочные данные

1. Диод сигнальный 1N4148: U_{обр.макс.}=75 B; I_обр.=5мкА; U_пр.=0.6B; I_пр.=10мА; t_{восст.Rобр.}= 4 нс; C=1.3пФ.

2. Полевой транзистор BF245A: U_{зи пор.}=30B; I_{с нач. мин}=2мА; I_{с нач. макс}=6мА;U_{отс. мин}=1.8B; U_{отс. макс}=5B; Cзи=25пФ;Cзc=1.1пФ.

 

Лабораторная работа 2

Тема: Исследование аналого-цифровых преобразователей телеметрических сигналов

в цифровых системах радиотелеметрии

Цель работы

1. Исследование АЦП сигналов в устройствах радиотелеметрии.

2. Оценка погрешность цифрового преобразования сигналов.

 

2. Структурная схема исследования аналого–цифрового преобразования сигналов

Структурная схема лабораторной установки приведена на рис.1.

 

 

Рис.1. Структурная схема исследования процесса аналого–цифрового преобразования сигналов

 

Методические указания

3.1. Перед выполнением работы подготовить проект отчета о лабораторной работе, включающий в себя:

- титульный лист с указанием наименования работы, № варианта задания, Ф.И.О. обучаемого, № группы и даты выполнения работы;

- листы для копирования измерительных схем, регистрации результатов измерений, расчетных данных и выводов.

Вариант задания определяется преподавателем.

При подготовке проекта отчета использовать форму из файла otchet-.doc

3.2. В программе Multisim создать модель для исследования аналого-цифрового преобразования сигналов соответствии с принципиальной электрической схемой, приведенной на рис.2.

 

 

Рис.2. Принципиальная электрическая схема исследования аналого–цифрового

преобразования сигналов

 

 

3.3 Установить величину Voltage источников опорного напряжения V1, V2 равной 3В.

3.4. Установить параметры генератора импульсов синхронизации V3 в соответствии с вариантом задания, указанным преподавателем табл.1.

3.5. Установить частоту функционального генератора XFG1 равной 1000Гц, а амплитуду 2В в режиме гармонического сигнала.

Таблица 1

Варианты задания параметров генератора импульсов синхронизации V3

 

№ варианта	Частота(Frequency),кГц	Скважность (Duty Cycle),%	Амплитуда (Amplitude), В

 

3.6. Установить следующие параметры источника V4 АМ сигналов:

- амплитуда VC = 0.5В;

- несущая частота FC = 950 Гц;

- частота модуляции FM = 95 Гц.

3.7. Установить следующие параметры источника V5 ЧМ сигналов:

- амплитуда Voltage Amplitude = 0.5В;

- несущая частота Carrier Frequency = 1100 Гц;

- частота девиации Signal Frequency = 110 Гц.

3.8. Установить следующие параметры источника гармонических сигналов V6:

- амплитуда Voltage Amplitude = 0.5В;

- частота Frequency = 1050 Гц;

- фазовый сдвиг Phase = 45 градусов.

3.9. Установить коэффициенты полиномиального A3 источника F= 1, G= 1, I= 1.

3.10. Представить собранную модель лаборанту или преподавателю для проверки.

3.10. Нажатием правой кнопки мыши на черном поле модели вызвать соответствующую вкладку и установить цвет всех компонентов модели - красный. Копировать принципиальную электрическую схему модели в соответствующий раздел отчета.

 

Изучение аналого-цифрового преобразования гармонического сигнала

3.11. Включить модель и наблюдать сигналы на входах осциллографа А и (в режиме DC), установив необходимые значения длительности развертки (Timebase) и делителей напряжения (Scale),а также на входах логического анализатора.

3.12. Выключить модель незадолго до момента полного хода луча осциллографа.

3.14. Включить транспонирование осциллограмм в графики MathCad путем последовательного нажатия кнопок Transfer--Export Simulation Results to MathCad--Continue.

Расположить окно графика в нижнем левом углу монитора таким образом,чтобы изображение схемы модели было доступно.

3.15. Копировать графики в соответствующий раздел отчета.

 

Лабораторная работа 3

Тема: Исследование процесса модуляции телеметрическими сигналами

Цель работы

1. Исследовать параметры модуляции датчиков радиотелеметрической информации.

2. Оценка индекса модуляции на качество сигнала и КПД передающего устройства

 

Методические указания

3.1. Перед выполнением работы подготовить проект отчета о лабораторной работе, включающий в себя:

- титульный лист с указанием наименования работы, № варианта задания, Ф.И.О. студента, № группы и даты выполнения работы;

- листы для копирования измерительных схем, регистрации результатов измерений, расчетных данных и выводов.

Вариант задания определяется преподавателем.

При подготовке проекта отчета использовать форму из файла otchet.doc

3.2. В программе Multisim создать модель для исследования амплитудного модулятора в соответствии с принципиальной электрической схемой приведенной на рис. 2.

Рис.2. Принципиальная электрическая схема исследования амплитудного модулятора

 

3.3. Установить параметры источников сигналов V1, V2 и значений L1,C2,R5 в соответствии с вариантом задания указанным преподавателем и табл. 1.

Таблица 1

Варианты заданий:

№ варианта	Амплитуда источника V1, В	Частота источника V1, кГц	Амплитуда источника V2, В	Частота источника V2, кГц	L1, мкГн	C2, нФ	R5, Ом
	0,5		0,1			3,6
	0,5		0,1			1,0
	0,5		0,1			2,0
	0,5		0,1			2,2
	0,5		0,1			1,3
	0,5		0,1			1,2
	0,5		0,1			1,5
	0,5		0,1			1,0	6,2
	0,5		0,1	2,5		5,1	1,5
	1,0		0,1

 

3.4. Представить собранную модель лаборанту или преподавателю для проверки.

3.5. Нажатием правой кнопки мыши на черном поле модели вызвать соответствующую вкладку и установить цвет всех компонентов модели - красный. Копировать принципиальную электрическую схему модели в соответствующий раздел отчета.

 

Определение влияния амплитуды источника V2 на коэффициент модуляции

3.6. Включить модель и наблюдать АМ сигнал на входе осциллографа В (в режиме AC), установив необходимые значения длительности развертки (Timebase) и делителей напряжения (Scale).

3.7. Выключить модель незадолго до момента полного хода луча осциллографа.

3.8. Включить транспонирование осциллограмм в графики MathCad путем последовательного нажатия кнопок Transfer--Export Simulation Results to MathCad--Continue.

3.9. Копировать график в соответствующий раздел отчета.

3.10. Повторить измерения по пп.3.6.-3.9. увеличивая амплитуду источника V2 для следующих значений V2 = 0.5; 1; 1.5; 2; 2.5; 3 и 5 В.

По результатам исследований построить график зависимости индекса модуляции от величины напряжения полезного сигнала, используя редактор Exel или MathCad.

Определение влияния амплитуды источника V1 на форму АМ сигнала

3.11. Установить амплитуду источника гармонического сигнала V2 = 0.5В.

3.12. Установить амплитуду источника гармонического сигнала V1 = 1В.

3.13. Включить модель и наблюдать АМ сигнал на входе осциллографа В (в режиме AC), установив необходимые значения длительности развертки (Timebase) и делителей напряжения (Scale).

3.14. Выключить модель незадолго до момента полного хода луча осциллографа.

3.15. Включить транспонирование осциллограмм в графики MathCad путем последовательного нажатия кнопок Transfer--Export Simulation Results to MathCad--Continue.

3.16. Копировать график в соответствующий раздел отчета.

3.17. Повторить измерения по пп.3.13.-3.16. увеличивая амплитуду источника V1 для следующих значений V1 = 1.5; 2; 2.5 В.

По результатам исследований построить график зависимости индекса модуляции от величины напряжения несущего колебания, используя редактор Exel или MathCad.

 

Цель работы

1. Исследование прохождения амплитудно-модулированного сигнала (АМС) через согласованный фильтр.

2. Оценка влияния частоты среза фильтров на качество АМС.

 

Коэффициент модуляции

,

где m – индекс амплитудной модуляции.

Нелинейный элемент собран на полупроводниковом диоде типа 1N4148.

Фильтр низкой частоты (ФНЧ) т 1-го порядка выполнен на элементах RC цепи. Частота среза ФНЧ по уровню-3дБ:

.

Осциллограф – виртуальный двухлучевой программы MultiSim. В данной работе рекомендуется устанавливать параметры развертки и делителей напряжения так, чтобы на его экране регистрировалось от 1 до 2 периодов сигнала без ограничения по амплитуде.

 

Методические указания

3.1. Перед выполнением работы подготовить проект отчета о лабораторной работе, включающий в себя:

- титульный лист с указанием наименования работы, № варианта задания, Ф.И.О. студента, № группы и даты выполнения работы;

- листы для копирования измерительных схем, регистрации результатов измерений, расчетных данных и выводов.

Вариант задания определяется преподавателем.

При подготовке проекта отчета использовать форму из файла otchet.doc

3.2. В программе Multisim создать модель для исследования амплитудного детектора в соответствии с принципиальной электрической схемой, приведенной на рис.2.

3.3. Установить параметры источника АМ сигнала VC, FС, M,FM в соответствии с вариантом задания указанным преподавателем и табл.1.

3.4. Представить собранную модель лаборанту или преподавателю для проверки.

3.5. Нажатием правой кнопки мыши на черном поле модели вызвать соответствующую вкладку и установить цвет всех компонентов модели - красный. Копировать принципиальную электрическую схему модели в соответствующий раздел отчета.

 

Рис.2. Принципиальная электрическая схема исследования амплитудного детектора

 

Таблица 1.

Варианты заданий:

№ варианта	Амплитуда (VC), В	Несущая частота (FС), МГц	Коэффициент модуляции (M)	Частота модуляции (FM), кГц
			0.7
			0.9
			0.6
			0.4
			0.5
			0.8
			0.7
			0.5
			0.6
			0.8

 

 

Изучение входного АМС

3.6. Включить модель и наблюдать АМ сигнал на входе осциллографа А (в режиме DC), установив необходимые значения длительности развертки (Timebase) и делителей напряжения (Scale).

3.7. Выключить модель незадолго до момента полного хода луча осциллографа.

3.8. Включить транспонирование осциллограмм в графики MathCad путем последовательного нажатия кнопок Transfer--Export Simulation Results to MathCad--Continue. Расположить окно графика в нижнем левом углу монитора таким образом, чтобы изображение схемы модели было доступно.

3.9. Копировать график в соответствующий раздел отчета.

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

С.А. Якушенко