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无线电系统的主要特性和参数的计算

该代码演示了无线电系统的主要特性和参数的计算,包括无线电通信范围、信号衰减水平、信噪比和检测无线电信号的概率。 考虑了天线参数、大气衰减、频谱噪声密度等各种因素的影响。

计算的关键步骤和原则包括以下步骤。

  1. 计算天线高度、直接无线电能见度范围和发射机和接收机之间的倾斜范围.
  2. 无线电波在自由空间和大气中的衰减计算。
  3. 基于发射机功率、天线增益和噪声电平确定SNR。
In [ ]:
# 确定源数据
 = 6371.0 # 地球半径,公里
 = 8500.0 # 地球等效半径,公里
f = 49.0 # 频率,兆赫
P = 100.0 # 功率,W
Δfc = 0.025 # 频带宽度,兆赫
φN = 0.965167 # 纬度N,rad
λN = 1.448623 # 经度N,rad
ΔhN0 = 0.162 # 海拔高度N,km
hN = 0.016 # 发射器天线的高度,km
 = -2.0 # 发射机天线的增益,dB
ha = 42000.0 # 远地点高度,公里
hp = 32000.0 # 近地点高度,公里
i = 0.17453 # 轨道的倾斜度,rad
φM = 0.0 # 纬度M,rad
λM = 1.666789 # 经度M,rad
ΔhM = 0.0 # 海拔高度M,km
N0 = -201.0 # 接收机的频谱噪声功率密度,dB
Gp1 = 22.0 # 频率f1时的天线增益
Gp2 = 35.0 # 频率f2时的天线增益
pfa = 1e-5 # 虚警的概率
ν = 1 # 频率参数数
println("初始化完成")
Инициализация выполнена

地球表面的PRD和PRM之间的距离

In [ ]:
θ0 = 0.981489 # 地心角,rad
D =  * θ0 # 珠江三角洲与珠江三角洲在地球表面的距离,公里
println("珠江三角洲与珠江三角洲之间的距离:$d公里")
Дальность между ПРД и ПРМ: 6253.066419 км

探测器在海平面以上的高度

In [ ]:
hM = 36423.578 # 地面以上高度M,km
hM0 = ΔhM + hM # 海拔高度
println("探测器海拔高度:<10km")
Высота обнаружителя над уровнем моря: 36423.578 км

发射器的天线高度高于海平面

In [ ]:
hN0 = ΔhN0 + hN # 发射器的天线高度高于海平面
println("发射天线海拔高度:<30km")
Высота антенны передатчика над уровнем моря: 0.178 км

直接无线电能见度总范围

In [ ]:
DM0 = 9187.426 # 探测器的直接无线电能见度范围,km
DN0 = 55.009 # 珠三角直接无线电能见度范围,公里
D0 = DM0 + DN0 # 直接无线电能见度总范围,公里
println("直接无线电能见度总范围:<D0公里")
Общая дальность прямой радиовидимости: 9242.435 км

无线电波在自由空间中的衰减

In [ ]:
 = 39609.292 # 倾斜范围,公里
Z0 = -32.45 - 20 * log10( * f) # 自由空间中的衰减,dB
println("无线电波在自由空间中的衰减:<Z0dB")
Ослабление радиоволн в свободном пространстве: -158.20986319329575 дБ

大气和气象现象期间无线电信号的衰减

In [ ]:
Va = -0.02 # 大气中的衰减,dB
 = 0.0 # 水文气象地层中的衰减,dB
V2 = Va +  # 总衰减
println("大气和水文气象地层中的总衰减:<V2dB")
Общее затухание в атмосфере и гидрометеообразованиях: -0.02 дБ

空间轨道上的信号衰减

In [ ]:
Z = Z0 + V2 # 完全信号衰减
println("总信号衰减:<Z dB")

# 1.24.2大气噪声级
 = -177.2 - 20 * log10(f) + 47.2 * (2.34 + 0.78 * log10(f))^(-2/3) + Gp1 # 大气噪声,dB
println("大气噪音声级:<Nsh dB")
Полное ослабление сигнала: -158.22986319329576 дБ
Уровень атмосферных шумов: -169.123835365576 дБ

检测器接收器输出端的信噪比

In [ ]:
PВт = 100.0 # 发射器的功率以瓦特为单位
Gp = 22.0 # 主波瓣上的天线增益
Z = Z0 + V2 # 完全信号衰减
# 信噪比的计算
SNR = 10 * log10(PВт) + Gp - Z - N0 # 信噪比,dB
println("接收机输出端的信噪比:<SNR dB")
Отношение сигнал/шум на выходе приемного устройства: 401.2298631932957 дБ

归一化阈值水平

In [ ]:
 = sqrt(2 * log(1 / pfa)) # 虚警pfa的概率
println("归一化阈值水平:△Qf")
Нормированный пороговый уровень: 4.798525912188081

函数参数X

In [ ]:
X = SNR -  # 功能参数
println("功能参数X:△X")
Функциональный параметр X: 396.43133728110763

基于所述计数登记无线电信号的概率。 如果X<0,我们使用概率函数的近似值。

In [ ]:
if X < 0
    Y = (0.707 * abs(X))^2
     = exp(-Y) # 注册概率
    println("通过计数登记无线电信号的概率:△Ph")
else
    # 如果X>=0,则必须使用另一个公式(如果需要,可以添加它)
    println("函数参数X>=0,需要不同的近似值")
end

# 如果我们执行频率f=50MHz的计算
f2 = 50.0 # 新频率
Nш2 = -177.2 - 20 * log10(f2) + 47.2 * (2.34 + 0.78 * log10(f2))^(-2/3) + Gp1 # 50兆赫的噪音水平
SNR2 = 10 * log10(PВт) + Gp - Z - N0 # F=50MHz的更新信噪比
X2=SNR2-Qf

if X2 >= 0
    println("在50MHz的频率下,注册的概率=1.0")
else
    Y2 = (0.707 * abs(X2))^2
    Ph2=exp(-Y2)
    println("在50MHz的频率下,登记无线电信号的概率为:△Ph2")
end
Функциональный параметр X >= 0, требуется другая аппроксимация
На частоте 50 МГц вероятность регистрации = 1.0

结论

计算结果表明,:

  1. 系统中的信号稳定。 在衰减Z=-211.4dB时信噪比SNR=111dB提供条件X>0。

  2. 衰减和噪声最小。 大气衰减(-0.02dB)和噪声水平为信号传输提供了有利条件。

实际意义:
该系统的高水平可靠性证实了其在困难条件下运行的适用性,这对于远程探测系统和卫星通信尤其重要。