Calculation of the main characteristics and parameters of the radio system
This code demonstrates the calculation of the main characteristics and parameters of a radio system, including the range of radio communication, the level of signal attenuation, the signal-to-noise ratio, and the probability of detecting a radio signal. The influence of various factors such as antenna parameters, atmospheric attenuation, and spectral noise density is considered.
The key steps and principles of the calculation include the following steps.
- Calculation of antenna heights, direct radio visibility range and inclined range between the transmitter and receiver.
- Calculation of attenuation of radio waves in free space and atmosphere.
- SNR determination based on the transmitter power, antenna gain and noise level.
# 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")
The distance between the PRD and the PRM on the surface of the Earth
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")
The height of the detector above sea level
hM = 36423.578 # Высота M над Землей, км
hM0 = ΔhM + hM # Высота над уровнем моря
println("Высота обнаружителя над уровнем моря: $hM0 км")
The height of the antenna of the transmitter above sea level
hN0 = ΔhN0 + hN # Высота антенны передатчика над уровнем моря
println("Высота антенны передатчика над уровнем моря: $hN0 км")
Total range of direct radio visibility
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")
Attenuation of radio waves in free space
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")
Attenuation of the radio signal in the atmosphere and during meteorological phenomena
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")
Signal attenuation on the space track
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")
Signal-to-noise ratio at the output of the detector receiver
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")
Normalized threshold level
Qф = sqrt(2 * log(1 / pfa)) # Вероятность ложной тревоги pfa
println("Нормированный пороговый уровень: $Qф")
Function parameter X
X = SNR - Qф # Функциональный параметр
println("Функциональный параметр X: $X")
The probability of registering a radio signal based on the counts. We use an approximation for the probability function if X < 0.
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
Conclusion
The calculation results show that:
-
The signal in the system is stable. The signal-to-noise ratio SNR=111 dB at attenuation Z=-211.4 dB provides the condition X>0.
-
Attenuation and noise are minimal. Atmospheric attenuation (-0.02 dB) and noise level provide favorable conditions for signal transmission.
Practical significance:
the high level of reliability of the system confirms its suitability for operation in difficult conditions, which is especially important for remote detection systems and satellite communications.