Электронное оборудование ракет - БРЭО,часть XIV

Dieng> Если люди не знают в какую сторону направлять антенну, то космической связью вообще лучше не заниматься. IMHO

Цель: позволить простым людям принять сигнал со спутника.

Dieng> Сэр, речь шла о том что "...спутник должен весить 20гр, передатчик 20мВт и объем 20мл". Какие 24 см?

Сэр, посмотри в конце списка:
(The Official Site for the N-Prize)
Я, как бы это помягче сказать, в курсе требований!!!

Dieng> Расчеты в студию...

Мощность передатчика = 0.25 ватта;
Чувствительность приёмника = 113 дбм (из даташита);
Расчёт для изотропных антенн (направленность можно потом учесть).

Эффективная площадь изотропной приёмной антенны считается так:

S1 = pi * R1²

R1 = c / (2 * pi * f)

где f — рабочая частота.
Для частоты 436.5 МГц получается:

R1 = 299792458 / 2 / 3.141593 / 436500000 = 0.1093

А площадь, на которую размазывается сигнал передатчика, это площадь сферы:

S2 = 4 * pi * R2²

R2 — расстояние до приёмника.

Получается, что в приёмник попадает такая доля от мощности передатчика:

k = S1 / S2 = (pi * R1²) / (4 * pi * R2²) = (R1 / R2)² / 4

А расстояние при этом получится

R2 = R1 * sqrt(k) / 2

Приёмнику надо, чтоб мощность сигнала на его входе была не меньше, чем

0.001 * 10^(-113 / 10) = 5e-15 ватта

А передатчик излучает 0.25 ватта.

Значит коэффициент будет

k = 0.25 / 5e-15 = 50000000000000

sqrt(50000000000000) = 7071068

А расстояние получится:

R2 = 0.1093 * 7071068 / 2 = 386433.8662 = 386 км

Если ты найдёшь здесь ошибку, я тебе буду очень благодарен.
Потому что некому за мной расчёты проверять.

Это расчёт для скорости цифровой передачи 25000 и вероятности ошибок 1/1000 — это когда сигнал превышает шумы примерно в три раза.
Для морзянки полоса будет примерно в 25 раз уже, значит расстояние в 5 раз больше.
На самом деле морзянка гораздо устойчивее к помехам, так что расстояние могло бы быть ещё больше, но это уже получится за горизонтом.

RocKI>> Да нет, почему ты решил, что передача будет с высоты 30-50м, а не с 300-500м?
Massaraksh> Hint: Передач может быть много, и идти они могут часто.

GPS модуль NEO6 выдаёт пять отсчётов в секунду.
При падении ракеты со скоростью 100 м/с получится через каждые 20 метров!

Xan> (The Official Site for the N-Prize)
Xan> Я, как бы это помягче сказать, в курсе требований!!!

Кто нибудь, из зарегистрированных, делал пробные запуски?
Если да, то какие у них результаты?

RocKI> Не знаю что такое протокол NMEA.

Вот (пример) что выдаёт NEO6 (5 раз в секунду на скорости 38400):

$GPRMC,151731.40,A,4213.14641,N,07451.25891,E,0.032,,060614,,,D*78
$GPVTG,,T,,M,0.032,N,0.059,K,D*2B
$GPGGA,151731.20,4213.14641,N,07451.25891,E,2,09,1.12,650.6,M,-48.1,M,,0000*73
$GPGSA,A,3,25,42,50,02,29,05,12,10,04,,,,1.70,1.12,1.28*03
$GPGSV,3,1,12,02,75,037,27,04,31,059,18,05,44,164,50,06,40,055,*7B
$GPGSV,3,2,12,10,49,078,39,12,65,222,21,23,00,025,,25,49,295,31*73
$GPGSV,3,3,12,29,21,296,19,31,06,327,,42,11,109,36,50,07,105,35*7E
$GPGLL,4213.14641,N,07451.25891,E,151731.40,A,D*65

Кроме этого, он выдаёт ещё кучу инфы в двоичном виде. Она выглядит как мусор, при разглядывании в текстовом редакторе.

При вытаскивании нужной инфы ориентироваться надо на три символа "$GP".

$GPGGA — самая нужная строчка:

1.                  широта       долгота                 высота
2.        время     ггмм.ммммм   ггмм.ммммм         Prec Alt     Geoid
3. $GPGGA,151731.20,4213.14641,N,07451.25891,E,2,09,1.12,650.6,M,-48.1,M,,0000*73

Координаты выдаются в виде градусов и минут — 42 градуса, 13.14641 минут.
Prec — точность 1.12 метров
Alt — высота 650.6 метров на уровнем моря.

Там ещё есть:
номера видимых спутников и точность x,y,z
$GPGSA,A,3,25,42,50,02,29,05,12,10,04,,,,1.70,1.12,1.28*03

строчки описания спутников
$GPGSV,3,1,12,02,75,037,27,04,31,059,19,05,44,164,50,06,40,055,*7A
$GPGSV,3,2,12,10,49,078,39,12,65,222,21,23,00,025,,25,49,295,31*73
$GPGSV,3,3,12,29,21,296,19,31,06,327,,42,11,109,36,50,07,105,35*7E

fortekom> Кто нибудь, из зарегистрированных, делал пробные запуски?

Нет.
Пока всё печально!!!
Кое кто движки жжёт временами.

Последнее сообщение от конкурента, что ему привезли шесть тонн всякого оборудования (станков). И что он "Ща развернётся!"
А у меня только ручная дрель есть!!!

Б.г.> Правда, GPS не работает, пока ускорение превышает 1g, вверх ли, вниз ли, неважно.

4 g, если не склероз.
В любую из шести сторон света.

fortekom> Там другие данные:
Прошу прощения, я посмотрел их следующее поколение Rockwell lBeacon и не обратил внимание что они повысили рабочую частоту.
Понижение частоты в два раза, это где-то увеличение дальности на которой Вы услышите радиомаяк тоже раза в два. В этих диапазонах зависимость коэффициента поглощения где-то линейная от частоты.
Xan> Я, как бы это помягче сказать, в курсе требований!!!
Э-э-э... Но, как бы я был не в курсе требований этого конкурса, теперь буду знать...
Xan> Если ты найдёшь здесь ошибку, я тебе буду очень благодарен.
Xan> Потому что некому за мной расчёты проверять.
В части космической связи я не особо спец, но попробую помочь чем могу. Предлагаю следующую расчетную схему для рассмотрения (картинка).
Как Вы верно посчитали ослабление сигнала от расстояния (400 км, орбита МКС) при ненаправленных антеннах приемника и передатчика составит для данной частоты (400 МГц) -137,5 Дб. Далее нужно учесть затухание в атмосфере земли это где-то -1..3 Дб. Затем добавляем поглощение в облачности где-то не более -15 Дб (сильный дождь/снег). По хорошему нужно еще учесть запасы на преломления/искажения/рефракцию доходящие в ряде случаев суммарно до -20 Дб. Но будем считать что прием осуществляется в благоприятной обстановке (без всяких магнитных бурь, тайфунов и т.п.).
Указанные -113 дб чувствительности при значении сигнал/шум 3 Дб? Уж больно какая-то оптимистичная цифра для модуляций QPSK/BPSK...
Но примем её на веру. Итого от базовых +24 дБм после вычитания 137+3+15=-155Дб дефицит энергетики составит 18 Дб. Это всё справедливо для угла видимости спутника более 30 градусов над горизонтом. Если орбиту принять 100 км, то потери от расстояния составят -124,5 Дб - это конечно лучше, но как-то на грани.
Применение CW (морзянки) конечно принципиально меняет ситуацию, там соотношение сигнал/шум может быть меньше 1 и чувствительность стандартных приемников как правило не хуже -120 Дб.

RocKI>> Не знаю что такое протокол NMEA.
Xan> Вот (пример) что выдаёт NEO6 (5 раз в секунду на скорости 38400):

Подробно, доступно. С временем только непонятка.

pinko> На практике я сделал с этим модулем GPS устройство слежения которыe декодирует сообщение, а затем синтезировать координаты и высоту как голос,

Голосовой вывод - это перебор. Если человек занялся ГПС-ом, у него наверняка будет планшетник под руками.

Xan>> Если ты найдёшь здесь ошибку, я тебе буду очень благодарен.
Xan>> Потому что некому за мной расчёты проверять.
Dieng> В части космической связи я не особо спец, но попробую помочь чем могу.

Мне бы ошибку в моём расчёте найти!
У меня глаз замылен, для проверки нужен свежий человек.
Может, вопросы какие будут.

Dieng> Как Вы верно посчитали ослабление сигнала от расстояния (400 км, орбита МКС) при ненаправленных антеннах приемника и передатчика составит для данной частоты (400 МГц) -137,5 Дб.

Откуда это?
Я просто цифрам не верю, мне нужно полное обоснование.

Dieng> Затем добавляем поглощение в облачности где-то не более -15 Дб (сильный дождь/снег).

У кого плохая погода, тому не повезло!

Dieng> По хорошему нужно еще учесть запасы на преломления/искажения/рефракцию доходящие в ряде случаев суммарно до -20 Дб.

На 436 МГц?

Dieng> Указанные -113 дб чувствительности при значении сигнал/шум 3 Дб?

Не, примерно в три раза по амплитуде, это 9.75 дБ по мощности.

Dieng> Уж больно какая-то оптимистичная цифра для модуляций QPSK/BPSK...

Аналоговые Девицы ADF7021

Dieng> Итого от базовых +24 дБм

Не, не понимаю.
Мне надо "почему".

Dieng> Если орбиту принять 100 км

С 330 км сопротивление атмосферы за неделю спутник затормозит и уронит.
У него плотность очень маленькая по сравнению со "взрослыми" железками.
Так что можно считать 300 км, не ниже.

Dieng> Применение CW (морзянки) конечно принципиально меняет ситуацию, там соотношение сигнал/шум может быть меньше 1 и чувствительность стандартных приемников как правило не хуже -120 Дб.

Широковещательно — CW.
В условиях конкурса спутник должен быть "видимым" для многих наблюдателей без особых ухищрений. Пищать морзянкой, на мой взгляд, самое простое, радиолюбителей на планете много.

А для передачи данных — другое. Для данных у меня и антенна направленная будет.

RocKI> Подробно, доступно. С временем только непонятка.

hhmmss.ss

Можно поковыряться в доках на NEO-6, там есть и некоторое управление форматом выдачи данных.

Ещё в приёмнике раз в секунду мыргает светодиод.
Так вот его мырганье привязано к мировому времени с точностью около 0.1 микросекунды.
Можно использовать для настройки точных часов и генераторов.

Xan> Откуда это?
Рекомендация МСЭ-R P.525-2 ∗Расчет ослабления в свободном пространстве см. формулу на картинке
Xan> Я просто цифрам не верю, мне нужно полное обоснование.
Это конечно похвально. Все эти вопросы уже не одну сотню раз задавали другие. Есть уже готовые решения.
Вот пример истинного энтузиазма VK3UM ...
Xan> На 436 МГц?
При низком положении спутника над горизонтом (1...5 град) протяженность участка радиолинии в атмосфере будет доходить до сотни км, при этом на одной только субрефракции потеряем 20-ку. А если учесть еще и капризность ионосферы и дисперсионные искажения, то картинка становится совсем грустной.
Xan> ... это 9.75 дБ по мощности.
Любите вы оперировать мощностью, ну и бог с ним. Сути дела это не меняет...
Xan> Аналоговые Девицы ADF7021
Я так понимаю это данные по чипу, реальная рабочая схема будет несколько хуже.
Xan> Мне надо "почему".
Вот ведь "любопытный пионер". Потому, что так написано в в Рекомендации МСЭ-R P.618-9 Данные о распространении радиоволн и методы прогнозирования , необходимые для проектирования систем связи Земля - космос. А еще лучше посмотри вот тут: Рекомедации по распространению радиоволн
Xan> В условиях конкурса спутник должен быть "видимым" для многих наблюдателей без особых ухищрений. Пищать морзянкой, на мой взгляд, самое простое, радиолюбителей на планете много.
Для радиолюбителей направленная антенна - это норма жизни. А всякие штыри и диполи это для тех, кто только знакомится с радиосвязью. Их называют "начинающими" - типа меня.
Xan> А для передачи данных — другое. Для данных у меня и антенна направленная будет.
"Ну таки о том и речь..." ©

Dieng> Рекомендация МСЭ-R P.525-2 ∗Расчет ослабления в свободном пространстве см. формулу на картинке

У меня результат совпал с картинкой.

Xan>> Я просто цифрам не верю, мне нужно полное обоснование.
Dieng> Это конечно похвально. Все эти вопросы уже не одну сотню раз задавали другие.

У меня так устроен организм!!!

Dieng> Вот пример истинного энтузиазма...

Я ни разу не радиолюбитель.
С радио вожусь совершенно вынужденно.

Dieng> При низком положении спутника над горизонтом (1...5 град)

Так низко не имеет смысла рассматривать.
На расстоянии 1500 км угол будет больше 6 градусов.
436 МГц, как я понимаю, будут без особых трудностей проходить.
А на расстоянии 2000 будет уже за горизонтом, не о чем волноваться.

Xan>> Аналоговые Девицы ADF7021
Dieng> Я так понимаю это данные по чипу, реальная рабочая схема будет несколько хуже.

Это коснётся только приёма данных, а для морзянки не имеет значения.

Dieng> Потому, что так написано в в Рекомендации МСЭ-R P.618-9

Там внутри "Не удается найти веб-страницу".
Но, как я понимаю, всё равно можно успокоиться.

Dieng> Для радиолюбителей направленная антенна - это норма жизни.

У радиолюбителей собеседники неподвижны, обычно.
А для спутника надо знать точное направление, которое быстро меняется во времени.
Нельзя заставлять людей быть такими умными!!!
Но, как я понимаю, любая направленная в любую сторону антенна морзянку всё равно услышит. Так что опять можно успокоиться.

Xan> Там внутри "Не удается найти веб-страницу".
"Там перечень вопросов увидишь ты, а ответы даст священный Гугл.." (почти ©)

Xan> У радиолюбителей собеседники неподвижны, обычно.
Я тоже когда-то так думал о радиолюбительстве, типа сидят несколько "ботанов" в разных частях мира и вдавливают кнопочку в стол. Пока не узнал о EME через Луну. Там в процессе сеанса связи не только уровень сигнала и частота прыгает, но даже поляризация. Приходится малость попотеть, чтобы чего-нибудь услышать.

Xan> Нельзя заставлять людей быть такими умными!!!
Ученье, есть зло априори, а умность - зло в квадрате...

я в этой теме новичок. не подскажете, gps до каких скоростей работает? я слышал версию что до 300кмч. но недавно летел на авиолайнере и на протяжении всего полета gps в телефоне исправно работало. также знакомые тоже говорят что в самолетах работает.

Mator> я в этой теме новичок. не подскажете, gps до каких скоростей работает? я слышал версию что до 300кмч. но недавно летел на авиолайнере и на протяжении всего полета gps в телефоне исправно работало. также знакомые тоже говорят что в самолетах работает.

Был когда-то такой КОКОМ, комиссия по экспорту технологий двойного назначения. Она постановила давным-давно, что приёмники GPS для коммерческого рынка должны иметь встроенные ограничения, на скорость - 1000 футов в секунду (это 1097 км/ч), на высоту - 60 000 футов (это 18,28 км) и на ускорение - 1 g. Меньше - можно, больше - нельзя.

Я однажды провёл эксперимент с приёмником на чипе M-Star, он перестал выдавать координаты при превышении скорости в 800 км/ч.

Вроде бы эти границы пересматривались, но не сильно.

Б.г.> Я однажды провёл эксперимент с приёмником на чипе M-Star, он перестал выдавать координаты при превышении скорости в 800 км/ч.

Оно просто перестало, или ругалось?
И как быстро восстановилось, когда на тормоза нажал?

Для NEO-6 пишут:
Operational Limits
Dynamics 4 g
Altitude 50,000 m
Velocity 500 m/s
Но не пишут, в какой комбинации.
И про скорость не пишут, это только горизонтальная составляющая, или с учётом вертикальной тоже.
Пузыристам явно хватит, а ракетчикам — нет.

Есть только про применения, вот про крайнее:
Airborne <4g
Only recommended for extremely dynamic environments. No 2D position fixes supported.
MAX Altitude [m]: 50000, MAX Velocity [m/s]: 500, MAX Vertical Velocity [m/s]: 100,
Sanity check type: Altitude, Max Position Deviation: Large

Что это значит (про вертикальную) — не понятно.

Б.г.>> Я однажды провёл эксперимент с приёмником на чипе M-Star, он перестал выдавать координаты при превышении скорости в 800 км/ч.
Xan> Оно просто перестало, или ругалось?
Дело было так. Я летел в Израиль на Б-737. Пока он был заправлен под завязку, он летел медленнее 800 км/ч, и всё работало хорошо, по мере израсходования топлива он медленно, но верно разгонялся, и, когда скорость превысила 800 км/ч, все спутники "пожелтели". Т.е. он их видел, но "как был не мог принять с них информацию", как после холодного старта.

Xan> И как быстро восстановилось, когда на тормоза нажал?

Мы сначала снизились, а уж потом скорость упала, как только упала меньше 790, всё заработало.

Xan> Для NEO-6 пишут:
Xan> Operational Limits
Xan> Dynamics 4 g
Xan> Altitude 50,000 m
Xan> Velocity 500 m/s
Xan> Но не пишут, в какой комбинации.

Все параметры одновременно должны быть внутри этих пределов, считая эту штуку параллелепипедом.

Xan> И про скорость не пишут, это только горизонтальная составляющая, или с учётом вертикальной тоже.
С учётом вертикальной.

Xan>> Altitude 50,000 m
Xan>> Velocity 500 m/s
Xan>> Но не пишут, в какой комбинации.
Б.г.> Все параметры одновременно должны быть внутри этих пределов, считая эту штуку параллелепипедом.

Раньше (а, скорее, и сейчас) у КОКОМа было ограничение "выше 15 км нельзя летать быстрее 500 м/с".
Ниже можно летать с любой скоростью;
Медленно можно летать на любой высоте.
То есть, ограничение было сделано именно для баллистических ракет.

Но индийские погромисты для китайских железок напридумывали более сильные ограничения.
Даже пузыристов обидели.

А вот вы пишите про +4g. это в среднем для всех?
Мой боинг летел под 860 - всё работало.
А на Як-18т записывал трек там на реке записалось как будто в некоторые очень короткие отрезки мы летели 350кмч. у т-шки макс конструкционная скорость 300кмч и её он превышать не может. и в тот полёт мы 20 не превышали - практически точно. я подумал что gps мог начать глючить изза тогочто приближаемся к 300кмч. теперь появились мысли что это могло быть из-за перегрузки. Тогда было 0 и 2гдето. Но телефон был другой его я в боинге не пробвл.

Xan> Для NEO-6 пишут:
...
Xan> Но не пишут, в какой комбинации.

Привет Xan,

насколько я знаю, некоторые из них имеет OR логика, других AND логика. Кроме того не все из них автоматически начинают давать данные если эксплуатационные условия снова выполнены - то надо быть перезапущени.

Ред. Я имел в виду в общем GPS-модули, нет данной модел.

fortekom> Радиовысотомер в модель не воткнуть, поэтому я его исключил.
Почему это?

fortekom> Хочу заказать, но не знаю дальность действия, а брать кота в мешке не хочется.
fortekom> Инфракрасные и ультразвуковые датчики у меня есть, но у них дальность действия маленькая.
fortekom> GPS датчика у меня нету, но он всё равно дает точность ± 10м (а для модели надо ± пару см)

Есть более дешевые и надежные альтернативы. Например, следующий цифровой высотомер от Freescale дает высоты с точностью до 0,1 м: Xtrinsic MPL3115A2 I2C Precision Altimeter

Если ты просто заинтересован проверить лазерную альтернативу, то это другое дело.