دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مهندسی برق گرایش برق-مخابرات
با عنوان :بررسی عملكرد و شبیه‌سازی سیستم‌های ناوبری CVOR و DVOR در كانالهای چند مسیری
عنوان
بررسی عملكرد و شبیه‌سازی سیستم‌های ناوبری CVOR و DVOR در كانالهای چند مسیری
اساتید راهنما
دکتر عباس شیخی
دکتر محمد علی مسندی شیرازی
آذر 1389
تکه هایی از متن به عنوان نمونه :
چکیده
سامانه ناوبری VOR یک سامانه ناوبری رادیویی می‌باشد که دارای کاربردهای تاکتیکی و غیرتاکتیکی می‌باشد و به دو نوع CVOR و DVOR ساخته شده است. این سامانه با تعیین موقعیت (سمت) وسیله پرنده نسبت به فرستنده ایستگاه زمینی بطور وسیعی در سرویس‌های هوایی نظامی و غیرنظامی در اکثر کشورهای دنیا استفاده می‌شود. سامانه ناوبری VOR در محدوده فرکانسی VHF از 0/108 مگا هرتز تا 95/117 مگاهرتز در قالب 200 کانال کار می‌کند. تفاوت CVOR و DVOR تنها در ساختار آنتن ایستگاه زمینی می‌باشد، زیرا گیرنده و رابطه سیگنال ارسالی از فرستنده‌ی هر دو سیستم یکسان می‌باشد. آنتن فرستنده از دو قسمت اصلی sideband وCarrier برای ارسال دو سیگنال 30 هرتز می‌باشد. عملکرد سامانه VOR بدین صورت است که اطلاعات سمت را از اختلاف فاز دو سیگنال 30 هرتز مرجع و فاز متغیر استخراج می‌کند. اختلاف فاز برای هر موقعیت هواپیما، متفاوت می‌باشد. بعبارت دیگر اختلاف فاز دو سیگنال 30 هرتز بسته به موقعیت هواپیما بطور خطی تغییر می‌کند. دو سیگنال 30 هرتز تحت مدولاسیون آنالوگ از ایستگاه زمینی ارسال می‌شوند. در پرواز، هواپیما این دو سیگنال را با سیگنال انعکاسی ناشی از سطح زمین، کوه و موانع نزدیک مانند آشیانه هواپیما و ساختمان دریافت می‌کند. سیگنال‌های چندمسیری باعث اختلال در آشکارسازی اختلاف فاز دو سیگنال 30 هرتز در گیرنده VOR می‌شوند. هدف پایان‌نامه بررسی اثرات پدیده چندمسیری بر سامانه CVOR و DVOR و مقایسه آنها از طریق مدل‌سازی و شبیه‌سازی سیستمی می‌باشد. در این خصوص اثرات پدیده چندمسیری بر سامانه‌های رادیویی، مدل‌سازی کانال مخابرتی، عملکرد ایستگاه زمینی و استخراج سیگنال ارسالی و شبیه‌سازی گیرنده مورد بررسی قرار گرفته است. سپس بطور خاص به بررسی کارایی سامانه VOR در شرایط چندمسیری پرداخته خواهد شد. در این پایان‌نامه سامانه‌های ناوبری CVOR و DVOR در شرایط چندمسیری مقایسه و تفاوت آنها در سناریو واقعی با وجود موانع بررسی شده است.
| د |
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول : معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR و شرح اصول عملکرد آنها 2
1-1- تعاریف و معرفی واژهها.. 22
1-2- ماموریت و عملکرد سامانه VOR. 23
1-3- کاربردهای ناوبری سامانه VOR. 23
1-4- تشریح اصول عملکرد سامانه CVOR. 24
1-4-2- ساختار و عملکرد ایستگاه زمینی CVOR. 25
1-4-3- پترن افقی فرستنده CVOR. 27
1-4-4- نحوه چرخش پترن آنتن باندکناری و ایجاد پترن قلبی شکل 28
1-4-5- دیاگرام فرستنده و سیگنال ارسالی.. 31
1-4-6- روابط سیگنال ارسالی CVOR. 33
1-5- تشریح اصول عملکرد DVOR. 35
1-5-2- ساختار و عملکرد ایستگاه زمینی DVOR. 35
1-5-3- پترن افقی فرستنده DVOR. 38
1-5-4- نحوه چرخش الکتریکی آنتن‌های باندکناری. 38
1-5-5- بلوک دیاگرام فرستنده DVOR. 38
1-5-6- روابط سیگنال ارسالی DVOR. 39
1-5-7- طیف فرکانسی سیگنال دریافتی سامانه DVOR. 40
1-6- ناحیه مخروطی سکوت سیگنال VOR. 42
1-7- رابطه اختلاف فاز دو سیگنال 30 هرتز و موقعیت هواپیما در سامانه VOR. 42
1-8- مشخصات سایت زمینی VOR و اطراف آن. 43
| ذ |
عنوان صفحه
1-9-2- عملیات پردازشی در گیرنده.. 44
1-9-3- سیگنال دریافتی در ورودی گیرنده.. 45
1-10- تعیین مشخصات سیگنالی لینک مخابراتی ایستگاه زمینی 45
1-12- پارامترهای سامانه ناوبری VOR. 47
فصل دوم : بررسی تحقیقات انجام شده در خصوص CVOR و DVOR 51
2-1- خطای زاویه CVOR و DVOR در شرایط N منعکس‌کننده. 54
2-1-1- الگوریتم پردازشی سیگنال CVOR. 54
2-1-2- الگوریتم پردازشی سیگنال DVOR. 56
2-2- شبیه‌سازی خطای زاویه‌سنجی.. 61
فصـل سوم : بررسی و شبیه‌سازی کانالهای مخابراتی هوایی 62
3-2- مدل کانال چندمسیری برای لینکهای هوایی.. 65
3-3- مدل آماری کانالهای زمین به هوا در باند VHF. 70
3-3-1- سناریو پرواز در مسیر.. 73
3-3-2- سناریوهای ورود و برخاست هواپیما.. 75
3-4- تجمیع پارامترهای کانال در سناریوهای مختلف برای شبیه‌سازی 79
| ر |
3-5- روش انتخاب پارامترهای اتفاقی کانال برای سیستم پردازشی 80
عنوان صفحه
3-6- شبیه‌سازی مدلهای آماری پوش سیگنال دریافتی در کانالهای زمین به هوا.. 81
فصل چهارم : بررسی و شبیه‌سازی اثرات چندمسیری بر عملکرد سامانه ناوبری CVOR و DVOR . 84
4-1- ارائه پارامترهای گیرنده و کانال و شبیه‌سازی آن 85
4-2- روابط سیگنال دریافتی تحت تاثیر کانال.. 92
4-3- محاسبه محدوده داینامیکی گیرنده.. 94
4-4- آشکارسازی توان سیگنال دریافتی.. 95
4-5- تعیین خطای سامانه ناوبری تنها در حضور نویز و بدون سیگنال چندمسیری.. 98
4-6- تجمیع شرایط و پارامترهای در نظر گرفته شده و انتخاب سناریو 101
4-7- ارائه نتایج شبیه‌سازی.. 102
4-8- جمع‌بندی و نتیجه‌گیری.. 115
فصل پنجم : نتیجه‌گیری و پیشنهادات.. 117
پیوست 1 : تشریح جزئی اصول عملکردی آنتن Alford loop. 123
پیوست دو : فرکانس کانالهای ارسالی و دریافتی سامانه VOR و LOC 125
پیوست چهار : فیدینگ رایلی و رایس.. 127
| ز |
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1- پارامترهای عمومی سیستم ]6[ 47
جدول 1-2- پارامترهای فرستنده ]6[ 48
جدول 1-3- پارامترهای مانیتور ]6[ 49
جدول 1-4- پارامترهای سیستمی آنتن ]6[ 49
جدول 2-1- شبیه‌سازی نتایج حاصل از مقاله با مقادیر واقعی………………………………42
جدول 3-1- متوسط rms گسترش تأخیر اندازه‌گیری شده در زوایای عمودی [16].. 68
جدول 3-2- متوسط تعداد مؤلفه‌های چند مسیری را برای هر زاویه عمودی [17].. 69
جدول 3-3- پارامترهای کانال رادیویی زمین به هوا در کلیه سناریوهای پروازی [13].. 80
جدول 4-1- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر، زاویه عمودی 10 درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر 195 درجه (اختلاف فاز 15 درجه) و با در نظر گرفتن 9 انعکاس دهنده در زوایای 5/22 ، 5/67 ، 5/112 ، 5/157 ، 180 ، 5/202 ، 5/247 ، 5/292 ، 5/337 در فاصله 10 کیلومتر از هواپیما ……………………………………………………………………………………. 88
جدول 4-2- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر، زاویه عمودی 10 درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر225 درجه (اختلاف فاز 45 درجه) و با در نظر گرفتن 9 انعکاس دهنده در زوایای 5/22 ، 5/67 ، 5/112 ، 5/157 ، 180 ، 5/202 ، 5/247 ، 5/292 ، 5/337 در فاصله 10 کیلومتر از هواپیما.. 107
| ژ |
جدول 4-4- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر، زاویه عمودی 10 درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر 315 درجه (اختلاف فاز 135 درجه) و با در نظر گرفتن 9 انعکاس دهنده در زوایای 5/22 ، 5/67 ، 5/112 ، 5/157 ، 180 ، 5/202 ، 5/247 ، 5/292 ، 5/337 در فاصله 10 کیلومتر از هواپیما.. 108
جدول 4-5- نتایج شبیه‌سازی سامانه CVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر، زاویه عمودی 10 درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر 345 درجه (اختلاف فاز 165 درجه) و با در نظر گرفتن 9 انعکاس دهنده در زوایای 5/22 ، 5/67 ، 5/112 ، 5/157 ، 180 ، 5/202 ، 5/247 ، 5/292 ، 5/337 در فاصله 10 کیلومتر از هواپیما.. 109
| س |
عنوان صفحه
جدول 4-11- نتایج شبیه‌سازی سامانه DVOR برای ثابت رایس برابر dB 6 و dB 15 در شرایط ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر، زاویه عمودی 10 درجه، موقعیت هواپیما در زاویه سمت برابر 270 درجه (اختلاف فاز 90 درجه) و با در نظر گرفتن 9 انعکاس دهنده در زوایای 5/22 ، 5/67 ، 5/112 ، 5/157 ، 180 ، 5/202 ، 5/247 ، 5/292 ، 5/337 در فاصله 10 کیلومتر از هواپیما.. 112
| ش |
عنوان صفحه
| ص |
فهرست شکلها و تصاویر
عنوان صفحه
شکل 1-1- زاویه bearing و فاصله شعاعی. 23
شکل 1-2- استخراج موقعیت از دو ایستگاه VOR ]2[ 24
شکل1-3- آنتن CVOR از نوع حلقه آلفورد ]1[ 27
شکل 1-4- ساختار داخلی آنتن باندکناری و نحوه‌ی ایجاد چرخش الکتریکی ]1[ 27
شكل1-6- الگوی تشعشعی چهار آنتن باند کناری ]2[ 28
شکل 1-7- مکان المان‌های آنتن باند کناری.. 29
شکل 1-8- فاز و پترن آنتن باندکناری.. 30
شکل 1-10- موقعیت آنتن‌های سامانه CVOR. 30
شکل 1-11- نحوه چرخش الگوی قلبی شکل ]3[ 31
شکل 1-12- اثر چرخش پترن قلبی شکل در فضا.. 31
شكل1-13- بلوك دیاگرام سیگنال 30 هرتز مرجع.. 31
شكل 1-14- بلوك دیاگرام سیگنال 30 هرتز با فاز متغیر 32
شكل1-15- شکل سیگنال ارسالی با مدولاسیون فرکانس ]4[ 34
شكل1-16- مجموع سیگنال آنتن کریر و sideband در فضا ]4[ 34
شکل 1-17- طیف فرکانسی CVOR ]2[ 35
شکل 1-19- نحوه‌ی ارسال سیگنال درآنتن DVOR ]2[ 37
شکل 1-20- فرکانس داپلر ناشی از چرخش الکتریکی آنتن 38
شكل 1-21- بلوك دیاگرام قسمت کریر فرستنده.. 39
شكل1-22- بلوك دیاگرام قسمت باند کناری فرستنده.. 39
شکل 1-23- طیف فركانسی فرستنده DVOR ]2[ 40
شکل 1-24- آنتن مانیتور چک عملکرد فرستنده DVOR ]5[ ……………………………..22
شکل 1-25- یک شکاف مخروطی شکل وارونه ]5[ 42
| ض |
شکل 1-26- اختلاف فاز سیگنال مرجع با سیگنال فاز متغیر ]4[ 43
عنوان صفحه
شکل1-27- بلوك دیاگرام گیرنده VOR ]2[ 45
شکل 1-28- ناحیه دید مستقیم بر حسب ارتفاع و فاصله هواپیما 47
شکل 3-1- بلوک دیاگرام سامانه رادیویی ]15[ 65
شکل 3-2- تعداد متوسط مؤلفه‌های سیگنال برای 16 ناحیه تأخیر [17] 69
شکل 3-3- مدل کانال دو مسیری برای سناریو پرواز در مسیر ]13[ 73
شکل 3-4- سناریو پرواز در مسیر و سیگنال منعکس‌شده ]13[ 73
شکل 3-5- طیف توان داپلر غیر همه جهته ]13[ 74
شکل 3-6- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریوهای پرواز در طول مسیر [13].. 75
شکل 3-7- انتشار چندمسیری برای سناریو ورود و برخاست ]13[ 76
شکل 3-8- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو ورود [13] 77
شکل 3-9- چندمسیری ناشی از سناریو تاکسی ]13[ 78
شکل 3-10- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو تاکسی [13] 78
شکل 3-11- انتشار چندمسیری برای سناریو پارکینگ ]13[ 79
شکل 3-12- طیف توان داپلر و طیف توان تأخیر برای سناریو پارکینگ [27].. 79
شکل 4-1- پترن گیرنده سامانه VOR. 88
شکل 4-2- مدل شبیه‌سازی سیستمی برای سیگنال دریافتی در خروجی گیرنده 88
شکل 4-3- پترن عمودی آنتن فرستنده زمینی.. 88
شکل 4-4- بلوک دیاگرام گیرنده VOR. 89
شکل 4-5- طیف فرکانسی خروجی آشکارساز دامنه بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز.. 89
شکل 4-6- جداسازی سیگنال 30 هرتز مرجع بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز.. 90
شکل 4-7- جداسازی سیگنال 9960 هرتز FM بدون حضور سیگنال چندمسیری و نویز.. 90
شکل 4-9- دو سیگنال 30 هرتز در ورودی مقایسه کننده فاز بدون حضور نویز.. 91
| ط |
عنوان صفحه
شکل 4-11- سناریو در نظر گرفته شده برای محاسبه توان دریافتی بر حسب فاصله……………75
شکل 4-12- (شکل بالا) توان دریافتی مسیر مستقیم و مسیرهای انعکاسی با تاخیرهای متفاوت بر حسب فاصله در شرایط فاصله مانع از گیرنده و فرستنده مطابق شکل (4-10) و ارتفاع هواپیما برابر 10 کیلومتر و سطح مقطع مانع از دید آنتن فرستنده و گیرنده برابر 500 500 مترمربع و (شکل پائین) توان دریافتی مسیر مستقیم و مسیرهای انعکاسی با تاخیرهای متفاوت بر حسب زاویه عمودی مسیر در شرایط فاصله مانع از گیرنده و فرستنده مطابق شکل (4-10).. 95
شکل 4-21- سناریو درنظر گرفته شده برای محاسبه خطای زاوسه‌سنجی بر حسب SNR. 100
| ظ |
عنوان صفحه
شکل 4-23- خطای زاویه سمت بر حسب SNR در سمت برابر 315 درجه با در نظر گرفتن سیگنال چندمسیری مطابق شکل (4-21) ……………………………………………….. 82
شکل 4-25- سیگنال ورودی مقایسه کننده فاز در سامانه DVOR برای ثابت رایس dB 20 و dB 15 و dB 6. 104
شکل 4-26- سیگنال ورودی مقایسه کننده فاز در سامانه CVOR برای ثابت رایس dB 20 و dB 15 و dB 6. 104
شکل 4-27- سناریو در نظر گرفته شده برای سامانه CVOR و میانگین خطای زاویه‌سنجی بر حسب درجه. 105
شکل 4-28- سناریو در نظر گرفته شده برای سامانه DVOR و میانگین خطای زاویه‌سنجی بر حسب درجه.. 106
| ع |
مقدمه
از زمان اختراع هواپیما تاکنون دستگاه‌ها و روش‌های گوناگونی برای کمک به خلبان جهت مشخص نمودن مسیر پرواز ابداع شده است. در قدیم خلبان با ابزارهایی همانند کوه‌های بلند، دود آتش، ناهمواری‌ها، مسیر خود را پیدا می‌کرد و در حال حاضر دستگاه‌هایی همانند [1]GPS, [2]TACAN, [3]VOR, [4]WAAS, [5]LAAS, [6]INSو نیز نقشه های ناوبری و ماهواره‌ای جایگزین آنها شده است. ناوبر با تنها یكی از سیستم‌های ماهواره‌ای WAAS, GPS می‌تواند موقعیت هواپیما را تعیین کند، ولی اطلاعات سیستم‌ها از ماهواره بروز می‌شود و در بعضی از شرایط قابل استفاده نیستند. بنابراین استفاده از سیستم‌هایی همانند VOR برای تعیین موقعیت فعلی و تنظیم مسیر بعدی اجتناب‌ناپذیر می‌شود که موضوع اصلی ما در این پایان‌نامه می‌باشد.
| 1 |
VOR رادیو ناوبری روی باند VHF برای دید همه جهته[7] خلبان می‌باشد که با توجه به نقشه‌های ناوبری موجود به خلبان و ناوبر کمک می‌کند تا مسیر پرواز را تعیین کنند. بر خلاف NDB[8] که سیگنال را بدون جهت ارسال می‌کند، اطلاعات سیگنال VOR جهت‌دار ارسال می‌شود. نوع اولیه سیستم VOR در سال 1960 توسط سازمان بین المللی هواپیمایی[9] بعنوان تجهیزات ناوبری برد کوتاه استفاده شد (البته برد کوتاه را می توان بیشتر از 200 ناتیکال مایل تعریف کرد). این دستگاه در کنار مزایا، دارای خطاهایی نیز می‌باشد که آنها را در این پایان نامه شرح و راه‌های بهبود آنها را بیان خواهیم كرد. اگرچه نگهداری VOR به نفرات نگهدارنده زیادی احتیاج دارد ولی قبول هزینه شبكه‌های VOR برای مسیرهای هوایی اجتناب‌ناپذیر است. VOR هم اکنون به دو صورت Conventional VOR و Doppler VOR استفاده می‌شود. هدف ما در این پایان نامه مقایسه CVOR و DVOR در کانال چند‌مسیره[10] می‌باشد و مزایای استفاده از DVOR را نسبت به CVOR بررسی می‌کنیم.
>> فصل اول <<
معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR
و شرح اصول عملکرد آنها
فصل اول
معرفی سامانه ناوبری CVOR و DVOR و شرح اصول عملکرد آنها
مقدمه
در این فصل سعی بر این است تا با معرفی سامانه ناوبری VOR مقدمات لازم جهت بررسی موضوع این پایان‌نامه ارائه گردد. بطور خلاصه می‌توان گفت وظیفه اصلی VOR تعیین اطلاعات زاویه سمت[11] برای هواپیما می‌باشد. سامانه ناوبری VOR در دو نوع CVOR[12] و DVOR[13] ساخته شده است. سامانه VOR شامل دو قسمت فرستنده (ایستگاه زمینی) که سیگنال خود را برای تمام هواپیما‌هایی که در محدوده دریافت باشند، ارسال می‌کند و گیرنده هواپیما که سیگنال را دریافت و بعد از پردازش اطلاعات زاویه سمت را استخراج می‌کند. در این فصل اصول و تئوری عملکرد، ماموریت، کاربردها، مشخصات سیگنال و سایر ویژگی‌ها و پارامترهای سیستمی سامانه CVOR و DVOR بطور مجزا مورد بررسی قرار می‌گیرد. قابل ذکر است در این متن از کلمه VOR برای هر دو سامانه CVOR و DVOR استفاده شده است.
1-1- تعاریف و معرفی واژهها
فاصله شعاعی[14] : به خطی که هواپیما را به ایستگاه وصل می‌کند، فاصله شعاعی گویند که در این متن با نام‌های فاصله یا مسافت[15] : نیز از آن نام برده می‌شود. شکل (1-1) فاصله شعاعی را نشان می‌دهد.
زاویه سمت : به زاویه ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از بدنه هواپیما تا ایستگاه زمینی، در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، زاویه سمت می‌گویند. شکل (1-1) این زاویه را نمایش می‌دهد.
| 3 |
رادیال[16] : به زاویه ایجاد شده بین بردار شمال مغناطیسی و خط واصل از ایستگاه زمینی تا بدنه هواپیما در جهت حرکت عقربه‌های ساعت، رادیال گفته می‌شود. شکل (1-1) این مطلب را نمایش داده است.
شکل 1-1- زاویه bearing و فاصله شعاعی
1-2- ماموریت و عملکرد سامانه VOR
سامانه VOR اطلاعات زیر را برای خلبان و ناوبر مهیا می‌کند:
الف – تعیین سمت هواپیما نسبت به ایستگاه زمینی و نمایش اطلاعات سمت
ب – نمایش اطلاعات مربوط به انحراف از مسیر در واحد درجه
پ – شناسایی ایستگاه زمینی به هواپیما از طریق ارسال کد مورس (پیوست 3)
ت – ارتباط رادیویی بین ایستگاه و هواپیما
ث – تعیین جهت حرکت هواپیما نسبت به ایستگاه (نزدیک‌شونده یا دور‌شونده بودن) توسط نمادTO یا FROM
ح – فرود هواپیما
[1] Global positioning system
[2] Tactical Air Navigation
[3] VHF omnidirectional range
[4] Wide Area Augmentation System
[5] Local Area Augmentation System
[6] Inertial Navigation System
[7] visual aural range
[8] Non Directional Beacon
[9] international civil aircraft organization (ICAO)
[10] multipath
[11] Bearing
[12] Conventional VHF Omni directional Range
[13] Doppler VHF Omni directional Range
[14] Salnt Range
[15] Distance
[16] Radial
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است
متن کامل را می توانید دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به طور نمونه)
ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه
با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند
موجود است
تعداد صفحه :112
قیمت : 14700 تومان