计算无线电系统的基本特征和参数¶
本代码演示无线电系统基本特征和参数的计算，包括无线电射程、衰减、信噪比和探测概率。其中考虑了天线参数、大气衰减和噪声频谱密度等各种因素的影响。
计算的关键步骤和原理包括以下步骤。 1.计算发射器和接收器之间的天线高度、直接无线电视距和倾斜距离。 2.计算无线电波在自由空间和大气中的衰减。 3.考虑发射机功率、天线增益和噪声水平，确定信噪比。
In [ ]:
# Определение исходных данных
Rз = 6371.0 # Радиус Земли, км
RЭ = 8500.0 # Эквивалентный радиус Земли, км
f = 49.0 # Частота, МГц
P = 100.0 # Мощность, Вт
Δfc = 0.025 # Ширина полосы частот, МГц
φN = 0.965167 # Широта N, рад
λN = 1.448623 # Долгота N, рад
ΔhN0 = 0.162 # Высота над уровнем моря N, км
hN = 0.016 # Высота антенны передатчика, км
Gφ = -2.0 # Коэффициент усиления антенны передатчика, дБ
ha = 42000.0 # Высота апогея, км
hp = 32000.0 # Высота перигея, км
i = 0.17453 # Наклон орбиты, рад
φM = 0.0 # Широта M, рад
λM = 1.666789 # Долгота M, рад
ΔhM = 0.0 # Высота над уровнем моря M, км
N0 = -201.0 # Спектральная плотность мощности шума приемного устройства, дБ
Gp1 = 22.0 # Коэффициент усиления антенны на частоте f1
Gp2 = 35.0 # Коэффициент усиления антенны на частоте f2
pfa = 1e-5 # Вероятность ложной тревоги
ν = 1 # Число частотных параметров
println("Инициализация выполнена")
PRD 和 PRM 在地球表面的距离
In [ ]:
θ0 = 0.981489 # Геоцентрический угол, рад
D = Rз * θ0 # Дальность между ПРД и ПРМ по поверхности Земли, км
println("Дальность между ПРД и ПРМ: $D км")
探测器距海平面的高度
In [ ]:
hM = 36423.578 # Высота M над Землей, км
hM0 = ΔhM + hM # Высота над уровнем моря
println("Высота обнаружителя над уровнем моря: $hM0 км")
发射器天线海拔高度
In [ ]:
hN0 = ΔhN0 + hN # Высота антенны передатчика над уровнем моря
println("Высота антенны передатчика над уровнем моря: $hN0 км")
总视距
In [ ]:
DM0 = 9187.426 # Дальность прямой радиовидимости для обнаружителя, км
DN0 = 55.009 # Дальность прямой радиовидимости для ПРД, км
D0 = DM0 + DN0 # Общая дальность прямой радиовидимости, км
println("Общая дальность прямой радиовидимости: $D0 км")
自由空间中的无线电波衰减
In [ ]:
Dн = 39609.292 # Наклонная дальность, км
Z0 = -32.45 - 20 * log10(Dн * f) # Ослабление в свободном пространстве, дБ
println("Ослабление радиоволн в свободном пространстве: $Z0 дБ")
大气中的无线电信号衰减和气象现象
In [ ]:
Va = -0.02 # Затухание в атмосфере, дБ
Vг = 0.0 # Затухание в гидрометеообразованиях, дБ
V2 = Va + Vг # Общее затухание
println("Общее затухание в атмосфере и гидрометеообразованиях: $V2 дБ")
空间路线上的信号衰减
In [ ]:
Z = Z0 + V2 # Полное ослабление сигнала
println("Полное ослабление сигнала: $Z дБ")
# 1.24.2 Уровень атмосферных шумов
Nш = -177.2 - 20 * log10(f) + 47.2 * (2.34 + 0.78 * log10(f))^(-2/3) + Gp1 # Атмосферные шумы, дБ
println("Уровень атмосферных шумов: $Nш дБ")
探测器接收器输出端的信噪比
In [ ]:
PВт = 100.0 # Мощность передатчика в ваттах
Gp = 22.0 # Коэффициент усиления антенны по главному лепестку
Z = Z0 + V2 # Полное ослабление сигнала
# Расчет отношения сигнал/шум
SNR = 10 * log10(PВт) + Gp - Z - N0 # Отношение сигнал/шум, дБ
println("Отношение сигнал/шум на выходе приемного устройства: $SNR дБ")
归一化阈值水平
In [ ]:
Qф = sqrt(2 * log(1 / pfa)) # Вероятность ложной тревоги pfa
println("Нормированный пороговый уровень: $Qф")
功能参数 X
In [ ]:
X = SNR - Qф # Функциональный параметр
println("Функциональный параметр X: $X")
按样本登记无线电信号的概率。我们使用 X < 0 时的概率函数近似值。
In [ ]:
if X < 0
Y = (0.707 * abs(X))^2
Pн = exp(-Y) # Вероятность регистрации
println("Вероятность регистрации радиосигнала по отсчетам: $Pн")
else
# Если X >= 0, необходимо использовать другую формулу (можно добавить при необходимости)
println("Функциональный параметр X >= 0, требуется другая аппроксимация")
end
# Если выполняем расчет для частоты f = 50 МГц
f2 = 50.0 # Новая частота
Nш2 = -177.2 - 20 * log10(f2) + 47.2 * (2.34 + 0.78 * log10(f2))^(-2/3) + Gp1 # Уровень шумов на 50 МГц
SNR2 = 10 * log10(PВт) + Gp - Z - N0 # Обновленное отношение сигнал/шум для f = 50 МГц
X2 = SNR2 - Qф
if X2 >= 0
println("На частоте 50 МГц вероятность регистрации = 1.0")
else
Y2 = (0.707 * abs(X2))^2
Pн2 = exp(-Y2)
println("На частоте 50 МГц вероятность регистрации радиосигнала: $Pн2")
end
结论¶
计算的结果表明 1.系统信号稳定。在衰减 Z=-211.4 dB 时，信噪比 SNR=111 dB，条件 X>0.
2.衰减和噪声最小。大气衰减（-0.02 dB）和噪音水平为信号传输提供了有利条件。
实际意义： 该系统的高可靠性证明其适合在恶劣环境中工作，这对于远程探测和卫星通信系统尤为重要。