ПРИЕМНЫЙ РАДИОЦЕНТР
RECEIVING RADIO CENTRE

Предлагаемое изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиосвязи и радиоконтроля с целью повышения помехоустойчивости приема сообщений.
Известен приемный радиоцентр (см. Челышев В.Д. Приемные радиоцентры. - М.: Связь, 1975. - 264 с.).
В данный приемный радиоцентр (ПРЦ) входят последовательно соединенные: антенно-фидерная система (АФС), коммутационно-распределительный тракт (КРТ), широкополосная радиоприемная система (ШРПС), комплекс обработки сигналов и передачи их в конечный пункт приема. При этом: АФС содержит антенно-фидерные устройства (АФУ), содержащие антенны и фидерные линии, антенны своими диаграммами направленности (ДН) перекрывают все необходимые направления в объемном пространстве и все необходимые поляризации принимаемых радиосигналов; КРТ содержит широкополосные усилители, разветвители, коммутаторы радиосигналов и обеспечивает многократное использование каждого АФУ, ШРПС содержит множество отдельных радиоприемных устройств (РПУ), которые осуществляют прием радиосигналов во всем рабочем диапазоне частот.
ПРЦ позволяет осуществлять прием радиосигналов на разных и меняющихся частотах с разных и меняющихся направлений.
Однако из-за удаленности на большие расстояния каждого РПУ от антенн, вследствие затуханий радиосигналов в фидерных линиях, у ПРЦ низкая чувствительность приема радиосигналов, а при воздушных фидерных линиях антенный эффект приводит к искажению ДН и снижению направленных свойств антенн. Кроме того, из-за наличия в КРТ усилителей, разветвителей и коммутаторов у ПРЦ низкий динамический диапазон (ДД).
Известен ПРЦ (см. Побережский Е.С. Цифровые коротковолновые радиоприемные устройства. - журнал «Радиотехника», 1978, №5, с.16-24), который содержит последовательно соединенные АФУ, содержащее антенну и фидерную линию, широкополосное многоканальное РПУ (ШМРПУ), устройство демодуляции и декодирования сигналов (УДДС), причем ШМРПУ содержит последовательно соединенные согласующее устройство (СУ), вход которого подключен к фидерной линии АФУ, а выходы СУ подключены ко входам полосовых фильтров (ПФ), причем полосы пропускания (ПП) ПФ вплотную прилегают друг к другу и в сумме перекрывают весь рабочий диапазон частот, к выходу каждого ПФ подключен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выходы АЦП соединены со входами цифрового вычислителя (ЦВ), представляющего собой матричный коммутатор (МК) и набор цифровых РПУ (ЦРПУ), выходы которых, объединяясь, соединены со входом УДДС, который реализован на основе электронно-вычислительной машины (ЭВМ).
В данном ПРЦ более высокий ДЦ, так как отсутствует КРТ. Однако известный ПРЦ обладает низкой помехозащищенностью вследствие широких ПП входных ПФ в каждом ШМРПУ, которые подвергаются многосигнальному внешнему воздействию, а также низкой чувствительностью из-за затуханий радиосигналов в длинной фидерной линии АФУ. Низкая чувствительность обусловлена тем, что для исключения воздействия электрических цифровых сигнальных потоков, действующих в выходных линиях ШМРПУ на антенну, ШМРПУ удален от антенны путем увеличения длины фидерной линии, а при применении воздушных фидерных линий неизбежно возникающий антенный эффект приводит к искажению ДН и снижению направленных свойств антенн. Кроме того, у ПРЦ низкая надежность, так как отсутствует возможность взаимозаменяемости ПФ в каждом ШМРПУ. Это связано с тем, что каждый неперестраиваемый ПФ работает только в одном, жестко закрепленном, частотном интервале рабочего диапазона частот. Расширение ДД в данном ПРЦ ограничено тем, что в каждом аналоговом приемном тракте применяется один АЦП, адаптация к внешнему воздействию радиосигналов осуществляется только при помощи автоматической регулировки усиления (АРУ), а возможность изменения структуры и ширины ПП приемного тракта до АЦП отсутствует.
Известен ПРЦ (см. Побережский Е.С. Цифровые радиоприемные устройства. - М.: Радио и связь, 1987. - 184 с.), который содержит последовательно соединенные АФС, аналоговые каналы (АК), выходы которых соединены со входами ЦВ, содержащего последовательно соединенные МК и набор ЦРПУ, выходы которых, объединяясь, соединены со входом УДДС, при этом АФС содержит АФУ, каждое из которых представляет собой антенну и фидерную линию, в АК усиление сигнала может быть прямым или с дополнительными преобразованиями частоты. Частотные ПП АК вплотную прилегают друг к другу и в сумме перекрывают рабочий диапазон частот, а УДДС реализована на ЭВМ.
Данный ПРЦ позволяет осуществлять разнесенный прием, что повышает помехоустойчивость приема. Однако у ПРЦ низкая помехозащищенность вследствие широких ПП АК и низкая чувствительность вследствие затуханий радиосигналов в длинных фидерных линиях между антеннами и антенными входами АК, а при применении воздушных фидерных линий возникающий антенный эффект приводит к искажению ДН и снижению направленных свойств антенн. Кроме того, у ПРЦ низкая надежность из-за отсутствия взаимозаменяемости АК, так как каждый АК работает только в одном, жестко закрепленном, частотном интервале рабочего диапазона частот. Отсутствие возможности у АК перестраиваться по частоте рабочего диапазона и изменять ширину ПП не позволяет ПРЦ адаптироваться к изменяющейся электромагнитной обстановке (ЭМО) в месте приема. Применение в каждом АК одного АЦП не позволяет повысить ДД по интермодуляции ПРЦ. Отсутствует возможность структурной и параметрической оптимизации ПРЦ путем адаптации структуры и режимов работы элементов каждого аналогового канала к ЭМО в месте приема.
Известен ПРЦ (см. патент РФ на изобретение №2308149, М.кл. Н04В 1/06, опубл. 10.10.2007 г.), который содержит последовательно соединенные АФУ, многоканальное радиоприемное устройство (МРПУ) и УДДС, при этом АФУ содержит последовательно соединенные антенну и фидерную линию, в МРПУ входит СУ, вход которого, являясь входом МРПУ, соединен с фидерной линией АФУ, а выходы СУ подключены к входам аналоговых каналов (АК), выходы АК подключены к входам цифрового вычислителя (ЦВ), выходы которого являются выходами МРПУ, при этом каждый АК содержит последовательно соединенные один полосовой фильтр (ПФ), вход которого подключен к одному из выходов СУ, управляемый аттенюатор (УА), первый преобразователь частоты (1ПрЧ), содержащий первый смеситель (СМ1), блок формирования сигнала первого гетеродина (БФСГ1) и фильтр первой промежуточной частоты (ФПЧ1), ширина ПП которого равна ширине ПП ПФ, второй преобразователь частоты (2ПрЧ), содержащий второй смеситель(СМ2), блок формирования сигнала второго гетеродина (БФСГ2) и фильтр второй промежуточной частоты (ФПЧ2). ФПЧ2 представляет собой частотно-избирательную систему (ЧИС), которая содержит набор фильтров, входы которых параллельно соединены между собой, а выходы подключены ко входам кольцевого коммутатора (КК), выход которого соединен с входом АЦП, выход которого является выходом АК и подключен ко входу ЦВ, содержащего последовательно соединенные матричный коммутатор (МК) и блок цифровых радиоприемных устройств (БЦРПУ), который представляет собой набор цифровых радиоприемных устройств, причем входом ЦВ является вход МК, а выходом ЦВ является выход БЦРПУ, который подключен ко входу устройства демодуляции и декодирования сигналов (УДДС), реализованного на ЭВМ.
При этом число ПФ равно числу АК в МРПУ и равно числу частотных интервалов, на которые разделен весь рабочий диапазон частот, таким образом, что ПП ПФ вплотную прилегают друг к другу и в сумме перекрывают его, а количество ПФ зависит от величины рабочего диапазона частот и ширины ПП каждого ПФ; управляющий вход УА соединен с первым выходом управления АЦП для обеспечения АРУ АК; БФСГ1 каждого АК представляет собой кварцевый генератор, настроенный на единственную частоту; сигнал БФСГ2 формируется путем преобразования сигнала БФСГ1 с сигналом опорной частоты, что обеспечивает компенсацию частотной нестабильности сигнала БФСГ1; набор фильтров ЧИС своими ПП разбивают ПП ФПЧ1 на более узкие ПП, количество фильтров в ЧИС равно числу частотных интервалов, на которые разделена ПП ФПЧ1, причем ПП фильтров ЧИС вплотную прилегают друг к другу и в сумме перекрывают всю ПП ФПЧ1, поэтому каждый фильтр ЧИС имеет отличную от ПЧ2 центральную частоту настройки; управляющий вход КК соединен со вторым управляющим выходом АЦП для управления КК сигналами готовности АЦП к обработке следующего отчета сигнала, тем самым КК по командам АЦП поочередно подключает выход каждого фильтра ЧИС ко входу АЦП, то есть в течение периода частоты дискретизации сигналы, находящиеся в ПП фильтров ЧИС, поочередно подвергаются аналого-цифровому преобразованию и таким образом обеспечивается временное уплотнение сигналов, поступающих с выходов фильтров ЧИС на вход АЦП, тем самым обеспечивая ширину ПП АК до входа АЦП, равной ширине ПП каждого фильтра ЧИС, за счет этого снижается мощность группового сигнала на входе АЦП; а в БЦРПУ содержатся цифровые каналы (ЦК) приема с шириной ПП, необходимой для приема сигналов.
В данном ПРЦ достигнут более высокий ДД по сигналу путем применения временного уплотнения группового сигнала, тем самым снижая мощность сигнала, действующего на входе АЦП. Однако ПРЦ имеет низкий ДД по интермодуляции, так как мощность отдельных сигналов, находящихся в ПП каждого фильтра ЧИС и воздействующих на АЦП, не снижается и интермодуляционные помехи, возникающие в АЦП и поступающие на вход ЦВ, так же велики, как и без применения временного уплотнения, кроме того, у ПРЦ низкая чувствительность вследствие большого затухания радиосигналов в длинных фидерных линиях, а применение воздушных фидерных линий, кроме затуханий сигналов, дополнительно приводит к искажению ДН и снижению направленных свойств антенн. Разместить МРПУ в непосредственной близости от антенны невозможно из-за влияния на нее электрических цифровых сигналов входных/выходных линий МРПУ, поэтому для решения проблемы электромагнитной совместимости (ЭМС) МРПУ размещают на большом расстоянии от антенны. Кроме того, ПРЦ имеет низкую надежность, так как нет защиты входных цепей каждого МРПУ от воздействия сигналов большой мощности и отсутствует возможность взаимозаменяемости АК в каждом МРПУ, так как АК может работать только в одном жестко закрепленном частотном интервале рабочего диапазона частот. Низкая надежность, низкий ДД по интермодуляции и низкая чувствительность обуславливают низкую помехоустойчивость приема сообщений ПРЦ. Данный ПРЦ выбран в качестве прототипа. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости приема сообщений путем повышения чувствительности, динамического диапазона по интермодуляции и надежности.
Достижение технического результата обеспечивается в приемном радиоцентре (ПРЦ), содержащем, по меньшей мере, одну антенну, одно многоканальное радиоприемное устройство (МРПУ), один матричный коммутатор МК, один блок цифровых радиоприемных устройств (БЦРПУ), одно устройство демодуляции и декодирования (УДДС), при этом в МРПУ входят согласующее устройство (СУ), аналоговые каналы (АК), причем выходы СУ подключены ко входам соответствующих АК, каждый из которых содержит, по меньшей мере, один полосовой фильтр (ПФ), один управляемый аттенюатор (УА), преобразователь частоты (ПрЧ), один аналого-цифровой преобразователь (АЦП), вход ПФ является входом АК для подключения к соответствующему выходу СУ, ПрЧ содержит смеситель (СМ), блок формирования сигнала гетеродина (БФСГ), по меньшей мере, один фильтр промежуточной частоты (ФПЧ), при этом входом ПрЧ является первый вход СМ, второй вход которого подключен к выходу БФСГ, выход СМ соединен со входом ФПЧ, выход которого является выходом ПрЧ, а выход АЦП является выходом АК, а соответствующие выходы МК подключены к соответствующим входам БЦРПУ, входная/выходная шина которого подключена к соответствующей выходной/входной шине УДДС, отличающемся тем, что содержит антенную систему (АС) из n направленных антенн, выходы которых непосредственно соединены со входами соответствующих n МРПУ, снабженных оптическими входами/выходами, которые посредством введенных n двунаправленных волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) соединены с n оптическими выходами/входами введенных n блоков обработки сигналов (БОС), другие электрические входы/выходы которых соединены с n выходами/входами введенной локальной вычислительной сети (ЛВС), другой вход/выход которой подключен к выходу/входу введенного центра управления каналами радиоприема (ЦУКР), причем n выбирают из условия:
,
где Δφ - ширина диаграммы направленности (ДН) антенн в азимутальной плоскости в радианах (рад),
Δθ - ширина ДН антенн в угломестной плоскости в рад,
p - коэффициент, учитывающий число поляризаций радиоволн, принимаемых на соответствующие антенны,
при этом каждое МРПУ содержит входное устройство (ВУ), вход которого является входом МРПУ, a m выходами ВУ являются m выходов включенного в ВУ упомянутого СУ, выполненного управляемым (УСУ), входом соединенного с выходом введенного в ВУ управляемого блока усиления (УБУ), вход которого соединен с выходом введенного в ВУ управляемого блока защиты (УБЗ), вход которого является входом ВУ, причем своими входами/выходами управления и контроля УБУ, УБЗ и УСУ связаны с соответствующими выходами/входами введенного в ВУ первого блока управления и контроля (1БУК), сигнальные выходы и входные/выходные шины управления и контроля всех m АК соединены с соответствующими m входами и m выходными/входными шинами введенного в МРПУ первого мультиплексора/демультиплексора, другой выходной/входной шиной подключенного к входной/выходной шине ВУ, которой является соответствующая входная/выходная шина 1БУК, а вход/выход первого мультиплексора/демультиплексора подключен к выходу/входу введенного в МРПУ первого оптоэлектронного/электронно-оптического преобразователя, другой оптический выход/вход которого соединен с входом/выходом введенного первого оптического приемопередатчика, другой вход/выход которого является входом/выходом МРПУ для подключения БОС, причем m выбирают из условия:
,
где Δf - диапазон рабочих радиочастот,
min
ΔF - минимальная ширина ПП АК,
max
ΔF - максимальная ширина ПП АК,
Кз - коэффициент загрузки ДН данной антенны, к которой подключен данный МРПУ, радиосигналами от источников радиоизлучений (ИРИ), при этом все m АК всех n МРПУ выполнены одинаково и каждый АК содержит последовательно соединенные первый блок перестраиваемых полосовых фильтров (1БППФ), введенный управляемый усилитель радиочастоты (УУРЧ), введенный второй блок перестраиваемых полосовых фильтров (2БППФ), упомянутый первый управляемый аттенюатор (1УА), введенный первый управляемый коммутатор (1УК), упомянутый ПрЧ, введенные управляемый усилитель ПЧ (УУПЧ), второй блок фильтров ПЧ (2БФПЧ), второй управляемый коммутатор (2УК), второй управляемый аттенюатор (2УА) и блок аналого-цифрового преобразования (БАЦП), выход которого является сигнальным выходом АК, а входной/выходной шиной управления и контроля АК является соответствующая входная/выходная шина введенного второго блока управления и контроля (2БУК), другие соответствующие входы/выходы управления и контроля которого подключены к соответствующим выходам/входам управления и контроля всех блоков, входящих в АК, причем второй вход 2УК соединен с со вторым выходом 1УК, при этом БАЦП, входящий в АК, содержит управляемый разветвитель сигнала (УРС), вход которого является входом БАЦП для подключения выхода 2УА, узел аналого-цифровых преобразователей (УАЦП), синтезатор аналоговых и цифровых сигналов (САЦС) и управляемый сумматор цифровых сигналов (УСЦС), причем k выходов УРС соединены с соответствующими k входами УАЦП, где k равно числу АЦП, входящих в УАЦП, другие соответствующие входы которого соединены с соответствующими выходами САЦС, а соответствующие k выходов УАЦП подключены к соответствующим k входам УСЦС, выход которого является выходом БАЦП для подключения к первому мультиплексору/демультиплексору, при этом k выбирают из условия:
cАКи
где Р - максимально допустимая входная мощность одного из двух сигналов, действующих на входе АК, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в АК до входа АЦП, имеет допустимое значение,
p∑
K - коэффициент передачи по мощности АК до входа одиночного АЦП,
с1АЦПи
Р - максимально допустимая мощность одного из двух сигналов, действующих на входе одиночного АЦП, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в пределах интегральной характеристики АЦП, имеет допустимое значение,
ш1АЦПр
К - коэффициент шума одиночного АЦП с учетом искажений и остатков шумов рандомизации,
(Ш/С)доп
δ - допустимый коэффициент повышения отношения шум/сигнал на выходе БАЦП по сравнению с отношением шум/сигнал на выходе одиночного АЦП,
c
r - коэффициент взаимной корреляции между сигналами в БАЦП,
ш
r - коэффициент взаимной корреляции между выходными шумами УАЦП,
а каждый БОС содержит последовательно соединенные своими входами/выходами второй оптический приемопередатчик, вход/выход которого является входом/выходом БОС, второй оптоэлектронный/электронно-оптический преобразователь и второй мультиплексор/демультиплексор, соответствующими входной/выходной шиной, m выходами и m входными/выходными шинами связанный с соответствующими выходной/входной шиной, m входами и m выходными/входными шинами упомянутого МК, причем его другая соответствующая входная/выходная шина подключена к соответствующей выходной/входной шине УДДС, другая соответствующая входная/выходная шина которого и выходная шина упомянутого БЦРПУ подключены к соответствующим выходной/входной и входной шинам введенного в БОС запоминающего устройства (ЗУ), причем вход/выход УДДС является входом/выходом БОС, а число выходов L, которыми МК соединен с L входами БЦРПУ, выбирают из условия:
,
где L - число ЦРПУ, создающих цифровые каналы (ЦК) приема,
АК
Δf - ширина ПП каждого АК,
ЦК
ΔF - ширина ПП каждого ЦК,
m - число АК.
При этом ПрЧ может содержать в качестве блока формирования сигнала гетеродина (БФСГ) управляемый синтезатор частот (УСЧ), выходом связанный с соответствующим входом упомянутого СМ, выход которого подключен ко входу первого блока фильтров ПЧ (1БФПЧ), выход которого является выходом ПрЧ, а входом ПрЧ является вход СМ.
Управляемый разветвитель сигнала (УРС), входящий в БАЦП, может содержать блок управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала и блок управляемых аналоговых фазовращателей, при этом входом УРС является вход блока управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала, k выходов которого подключены к соответствующим входам блока управляемых аналоговых фазовращателей, k выходов которого являются выходами УРС, при этом входные/выходные шины управления и контроля блока управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала и блока управляемых аналоговых фазовращателей посредством входа/выхода управления и контроля УРС подключены к соответствующему выходу/входу 2БУК.
Узел аналого-цифровых преобразователей (УАЦП), входящий в БАЦП, может содержать разветвитель сигнала с частотой дискретизации, k выходов которого подключены к соответствующим k входам блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации, каждый из k соответствующих выходов которого соединен с каждым из k соответствующим входом для сигнала с частотой дискретизации каждого из k АЦП, другие входы которых соединены с выходами соответствующих из k аналоговых сумматоров, один вход каждого из которых является соответствующим из k входов УАЦП для подключения выходов УРС, а другой вход каждого из k аналоговых сумматоров является каждым из k входов УАЦП для подключения к соответствующему из k выходов аналоговых сигналов САЦС, а выход каждого из k АЦП подключен ко входу каждого из k соответствующих цифровых вычитателей, другой вход каждого из k цифровых вычитателей, являясь каждым из k входов УАЦП, подключен к соответствующему из k выходов цифровых сигналов САЦС, а k выходов цифровых вычитателей являются k выходами УАЦП для подключения к k входам управляемого сумматора цифровых сигналов (УСЦС), при этом входные/выходные шины управления и контроля разветвителя сигнала с частотой дискретизации и блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации посредством входа/выхода управления и контроля УАЦП подключены к соответствующему выходу/входу 2БУК.
УСЦС, входящий в БАЦП, может содержать блок управляемых цифровых фазовращателей, k входов которого являются k входами УСЦС, а его k выходов подключены к соответствующим k входам блока управляемых цифровых сумматоров, выход которого является выходом УСЦС и БАЦП для подключения к входу первого мультиплексора/демультиплексора, при этом входные выходные шины управления и контроля блока управляемых цифровых фазовращателей и блока управляемых цифровых сумматоров посредством входа/выхода управления и контроля УСЦС подключены к соответствующему выходу/входу 2БУК.
Введение в предлагаемый ПРЦ антенной системы (АС), содержащей n высокоэффективных направленных антенн, а также введение ЛВС и ЦУКР дают возможность в ПРЦ принимать радиосигналы от источников радиоизлучений (ИРИ), находящихся в любой точке окружающего пространства, и осуществлять избирательность и разнесенный прием радиосигналов по пространству, по поляризации, по частоте, что позволяет повысить чувствительность ДД по интермодуляции и, следовательно, повысить помехоустойчивость ПРЦ.
Для обеспечения возможности подключения каждой антенны АС непосредственно к антенному входу соответствующего МРПУ без применения фидерной линии в каждый МРПУ и БОС введены оптоэлектронные/электронно-оптические преобразователи, оптические приемопередатчики и ВОЛС, что исключает затухание радиосигналов до антенного входа МРПУ, устраняет ухудшение направленных свойств антенн, тем самым повышает чувствительность, пространственную и поляризационную избирательность и таким образом повышает помехоустойчивость ПРЦ.
При этом возможность подключения каждой антенны АС непосредственно к антенному входу соответствующего МРПУ обусловило введение в каждый МРПУ входного устройства (ВУ), содержащего управляемый блок защиты (УБЗ), управляемый блок усиления (УБУ), управляемое согласующее устройство (УСУ) и первый блок управления и контроля (1БУК), которые осуществляют управление, контроль, усиление и распределение группового сигнала, поступающего от антенны на вход каждого аналогового канала (АК). Введение ВУ позволяет: защитить вход МРПУ от повреждения сигналами большой мощности и тем самым повысить надежность; увеличить затухание группового сигнала и тем самым повысить ДД по интермодуляции; регулировать усиление группового сигнала и число подключаемых АК к антенне, тем самым повысить чувствительность МРПУ, то есть введение ВУ позволяет повысить помехоустойчивость ПРЦ.
Повышение надежности, а следовательно, помехоустойчивости ПРЦ обеспечивается также использованием во всех МРПУ однотипных взаимозаменяемых АК, каждый из которых при помощи введенных УСЧ, 2БУК, ЛВС, ЦУКР перестраивается по частоте, а значит создается возможность приема сигналов каждым АК на любой частоте рабочего диапазона, при этом взаимозаменяемость АК осуществляется как в автоматическом, так и в автоматизированном режимах.
Введенные 2БУК и БАЦП, содержащий УРС, УАЦП, САЦС, УСЦС, позволяют повысить и оптимизировать ДД по интермодуляции каждого АК и таким образом повысить помехоустойчивость приема сообщений ПРЦ. Действительно, УРС, содержащий блок управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала и блок управляемых аналоговых фазовращателей, производит разветвление входного сигнала на k ветвей с синфазными колебаниями сигналов, а при необходимости производит требуемый сдвиг фаз между колебаниями сигналов определенных ветвей, которые с k выходов УРС поступают на k входов УАЦП, при этом мощность сигнала на входе каждого из k АЦП в k раз меньше мощности сигнала, действующего на входе УРС, что позволяет увеличить допустимую мощность сигнала на входе БАЦП и таким образом повысить ДД по интермодуляции АК. После аналого-цифрового преобразования сигналов цифровые сигналы с k выходов УАЦП поступают на k входов УСЦС, где производится синфазное сложение принимаемых цифровых сигналов, а при необходимости перед суммированием производится требуемый сдвиг фаз между колебаниями сигналов определенных ветвей, при этом колебания коррелированных, синфазных сигналов суммируются арифметически (амплитудами), противофазные интермодуляционные помехи компенсируются (арифметически вычитаются), а некоррелированные колебания шумов квантования и тепловых шумов каждого АЦП суммируются геометрически (эффективными значениями), таким образом, отношение сигнал/шум на выходе УСЦС не изменяется по сравнению с одиночным АЦП, причем при помощи блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации УАЦП, при необходимости, производится фазовый сдвиг между колебаниями сигналов с частотой дискретизации для каждого АЦП, что позволяет увеличить количество отсчетов в суммарном сигнале на выходе УСЦС и декоррелировать шумы квантования УАЦП, тем самым также сохранить отношение сигнал/шум на выходе УСЦС по сравнению с одиночным АЦП и соответственно сохранить чувствительность АК с минимальным увеличением коэффициента усиления по мощности, а также повысить ДД по интермодуляции путем компенсации помех и таким образом повысить помехоустойчивость АК, МРПУ и всего ПРЦ.
Введенный САЦС позволяет синтезировать аналоговый сигнал с оптимальной формой и с оптимальной частотой дискретизации, который поступает с выхода САЦС в УАЦП на вход разветвителя сигнала с частотой дискретизации, где этот сигнал разветвляется на k сигналов, которые через блок управляемых фазовращателей поступают на вход для сигнала частотой дискретизации каждого из k АЦП, оптимизируя процесс аналого-цифрового преобразования. Кроме того, в САЦС синтезируются k шумовых или вобулирующих сигналов, причем каждый один и тот же отдельный сигнал представляется в цифровой и аналоговой формах для осуществления процедур рандомизации или вобуляции в каждом АЦП, при этом все, от 1 до k, шумовые или вобулирующие сигналы носят случайный характер и между собой независимы. Введение шумовых или вобулирующих сигналов позволяет снизить уровень помех, возникающих в пределах дифференциальной характеристики каждого АЦП, провести декорреляцию между выходными шумами и помехами УАЦП и тем самым повысить чувствительность и ДД по интермодуляции каждого АЦП и соответственно всего УАЦП. Число включаемых АЦП в УАЦП от 1 до k регулируется при помощи 2БУК путем коммутации входов, выходов и цепей электропитания в УРС, УАЦП, САЦС, УСЦС. Подключение управляющего входа/выхода УАЦП к 2БУК используется также для автоматических регулировок в 1УА, 1БФПЧ, 2БФПЧ, 2УА и, при необходимости, в 1 БППФ, 2БППФ, УУРЧ, для оптимизации параметров АК с целью повышения помехоустойчивости приема сообщений.
Введение 2БУК, БАЦП, а также 1БФПЧ, 2БФПЧ, 2УА 1БППФ, 2БППФ, УУРЧ позволяет адаптивно, в автоматическом режиме, оптимизировать параметры (коэффициент передачи, полосу пропускания) АК с целью повышения ДЦ по интермодуляции и, следовательно, повышения помехоустойчивости ПРЦ.
Введение УБУ, УСУ, 1БУК, ЛВС, ЦУКР позволяет производить изменение числа АК, подключаемых к антенне, которое осуществляется в автоматизированном режиме, по командам управления, поступающим от ЦУКР или УДДС, а в автоматическом режиме по командам, поступающим от УБУ в УСУ при помощи 1БУК. Регулировка числа АК, используемых для приема радиосигналов в данный момент времени, позволяет оптимизировать структуру МРПУ в соответствии с электромагнитной обстановкой (ЭМО) в месте приема и тем самым повысить ДД по интермодуляции при сохранении высокой чувствительности и, следовательно, повысить помехоустойчивость приема сообщений ПРЦ.
Таким образом, вновь введенные блоки и устройства обеспечивают повышение чувствительности ДД по интермодуляции и надежности, что позволяет повысить помехоустойчивость приема сообщений ПРЦ и получить технический результат.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
р
1
n
1
m
1
n
1
m
1
m
1
m
1
n
1
n
Структурная схема предлагаемого приемного радиоцентра приведена на Фиг.1, в соответствии с которой ПРЦ содержит АС 1, состоящую из n направленных антенн 1…1, выходы которых соответственно соединены с n антенными входами МРПУ 2…МРПУ 2, входы/выходы которых подключены к соответствующим n выходам/входам ВОЛС 3…ВОЛС 3, входы/выходы которых подключены к соответствующим n выходам/входам БОС 4…БОС 4, другие n входов/выходов которых подключены к соответствующим n выходам/входам ЛВС 5, другой вход/выход которой соединен с выходом/входом ЦУКР 6, при этом каждый из МРПУ 2…МРПУ 2 содержит ВУ 7, вход которого является входом каждого МРПУ 2…МРПУ 2, a c 1 по m выходов ВУ 7 подключены к соответствующим с 1 по m входам АК 8…АК 8, с 1 по m сигнальных выходов и с 1 по m входных/выходных шин управления и контроля которых соединены с соответствующими с 1 по m входами и с 1 по m выходными/входными шинами первого мультиплексора/демультиплексора 9, другая выходная/входная шина которого подключена к входной/выходной шине ВУ 7, а вход/выход первого мультиплексора/демультиплексора 9 подключен к выходу/входу первого оптоэлектронного/электронно-оптического преобразователя 10, другой оптический выход/вход которого соединен с входом/выходом первого оптического приемопередатчика 11, другой вход/выход которого является входом/выходом каждого МРПУ 2…МРПУ 2, при этом ВУ 7 содержит 1БУК 12, последовательно соединенные УБЗ 13, УБУ 14, вход УБЗ 13 является входом ВУ 7, а выход УБУ 14 подключен ко входу УСУ 15, с 1 по m выходов которого являются выходами ВУ 7, причем входы/выходы управления и контроля УБЗ 13, УБУ 14 и УСУ 15 соединены с соответствующими выходами/входами 1БУК 12, входная/выходная шина которого является входной/выходной шиной ВУ 7, а в каждом АК 8…АК 8 содержится 1БППФ 16, вход которого является входом каждого АК 8]... АК 8 т, вход/выход управления и контроля 1БППФ 16 соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход 1БППФ 16 подключен ко входу УУРЧ 18, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход подключен ко входу 2БППФ 19, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход подключен ко входу 1УА 20, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход подключен ко входу 1УК 21, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, первый выход 1УК 21 подключен ко входу ПрЧ 22, содержащего СМ 23, УСЧ 24 и 1БФПЧ 25, входом ПрЧ 22 является первый вход СМ 23, второй вход которого подключен к выходу УСЧ 24, а выход СМ 23 соединен со входом 1БФПЧ 25, выход которого является выходом ПрЧ 22, соответствующие входы/выходы управления и контроля ПрЧ 22, которыми являются входы/выходы соответственно УСЧ 24 и 1БФПЧ 25, соединены с соответствующими выходами/входами 2БУК 17, выход ПрЧ 22 подключен ко входу УУПЧ 26, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход соединен со входом 2БФПЧ 27, вход/выход управления и контроля 2БФПЧ 27 соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход подключен к первому входу 2УК 28, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, второй вход 2УК 28 подключен ко второму выходу 1УК 21, а выход соединен с входом 2УА 29, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, а выход подключен ко входу БАЦП 30, входом которого является вход УРС 31, вход/выход управления и контроля которого соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, a k выходов подключены соответственно к k входам УАЦП 32, другие k входов для аналоговых сигналов, k входов для цифровых сигналов и вход для аналогового сигнала с частотой дискретизации УАЦП 32 соответственно соединены с соответствующими выходами САЦС 33, входы/выходы управления и контроля УАЦП 32 и САЦС 33 соединены с соответствующими выходами/входами 2БУК 17, k выходов УАЦП 32 подключены к k входам УСЦС 34, выход которого является выходом БАЦП 30 и соответствующим выходом каждого из АК 8…АК 8, а вход/выход управления и контроля УСЦС 34 соединен с соответствующим выходом/входом 2БУК 17, входная/выходная шина управления и контроля которого является соответствующей входной/выходной шиной каждого из АК 8…АК 8, а входом/выходом каждого из БОС 4…БОС 4 является вход/выход второго оптического приемопередатчика 35, другой вход/выход которого подключен к оптическому выходу/входу второго оптоэлектронного/электронно-оптического преобразователя 36, другой электрический вход/выход которого соединен с выходом/входом второго мультиплексора/демультиплексора 37, m выходов и m входных/выходных шин которого подключены соответственно к m входам и m выходным/входным шинам МК 38, L выходов которого подключены к L входам БЦРПУ 39, который соответствующими входными/выходными шинами соединен с выходными/входными шинами соответственно ЗУ 40 и УДДС 41, другие входные/выходные шины УДДС 41 подключены к соответствующим выходным/входным шинам МК 38 и ЗУ 40, а вход/выход УДДС 41 является входом/выходом каждого БОС 4…БОС 4.
Работа предлагаемого ПРЦ, предназначенного для приема радиосигналов на разных и меняющихся частотах с разных и меняющихся направлений, осуществляется следующим образом.
1
n
1
n
1
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
1
При помощи ЦУКР 6 или УДДС 41 производится управление и контроль ПРЦ, а именно выбор направления радиоприема осуществляется путем выбора одного из МРПУ 2…МРПУ 2, каждый из которых непосредственно подключен к одной из антенн 1…1 AC 1, установка числа АК 8…АК 8n в каждом из МРПУ 2…МРПУ 2, установка необходимых режимов работы в ВУ 7, установка частот настройки, установка структуры и режимов работы в каждом из АК 8…АК 8 и в каждом из БОС 4…БОС 4, распределение информационных сигналов по ЛВС 5 между БОС 4…БОС 4 и ЦУКР 6. При этом приоритет управления и контроля закреплен за ЦУКР 6, а УДДС 41 из любого БОС 4…БОС 4 применяется при необходимости. В процессе работы ПРЦ соответствующие команды управления от ЦУКР 6 или УДДС 41 поступают в ЛВС 5 и далее через соответствующие БОС 4…БОС 4 и соответствующие ВОЛС 3…ВОЛС 3 передаются в соответствующие МРПУ 2…МРПУ 2, где поступают в 1БУК 12, ВУ 7 и в 2БУК 17 соответствующего АК 8…АК 8, каждого из МРПУ 2…МРПУ 2. В 1БУК 12 и в 2БУК 17 командные сигналы преобразуются в исполнительные сигналы, которые поступают в соответствующие блоки и устройства для выполнения команд управления. После выполнения команд в соответствующих блоках и устройствах создаются сигналы контроля, которые поступают в соответствующие 1БУК 12 и во 2БУК 17, где формируются общие потоки контрольных сигналов, которые передаются с выходов соответствующих МРПУ 2…МРПУ 2 через соответствующие ВОЛС 3…ВОЛС 3, соответствующие БОС 4…БОС 4 в ЛВС 5 и далее в ЦУКР 6 или УДДС41, где в ЭВМ проявляются в виде визуальной и аудиосигнализации о выполнении команд. После проведения необходимых настроек и установок в ПРЦ радиосигналы от входящих в АС 1 n антенн 1…1 поступают непосредственно на n антенных входов МРПУ 2…МРПУ 2, при этом к одной из антенн 1…1 подключен только один из МРПУ 2…МРПУ 2, например, к антенне 1 подключен антенный вход МРПУ 2. Число n определяется числом обслуживаемых направлений радиоприема. При осуществлении радиоприема с разных и меняющихся направлений антенны своими ДН должны перекрывать все необходимые направления в объемном пространстве и все необходимые поляризации радиоволн принимаемых радиосигналов, при этом соседние ДН антенн должны перекрываться между собой на уровне половины максимальной мощности принимаемого сигнала в направлении данных ДН, то есть на половине ширины каждой ДН по уровню 0,707 от максимального уровня ЭДС принимаемого сигнала.
max
Таким образом, при использовании антенн, имеющих одинаковую ширину ДН, максимальное число антенн n вычисляем по формуле:
,
где Δφ(рад) - ширина ДН каждой антенны в азимутальной плоскости,
2π - максимальный угол в азимутальной плоскости,
Δθ(рад) - ширина ДН каждой антенны в угломестной плоскости,
π/2 - максимальный угол в угломестной плоскости,
p - коэффициент, учитывающий число поляризаций радиоволн, принимаемых на соответствующие антенны.
Число поляризаций радиоволн обычно несколько - это горизонтальная, вертикальная, эллиптическая, плоская, линейная, круговая, правосторонняя, левосторонняя и т.д. Кроме того, характер поляризации может меняться и приобретать смешанный характер в процессе распространения радиоволн.
Например, для приема горизонтально поляризованных и вертикально поляризованных радиоволн: р=2, тогда число антенн должно быть равно:
.
min
Учитывая экономические и конструктивно-технические возможности, а также априорно известное местонахождение и характер излучений некоторых ИРИ, достаточно создать круговую в азимутальной плоскости ДН с горизонтальной поляризацией, которая составляется из отдельных направленных ДН в азимутальной плоскости с соответствующими поляризациями, тогда минимальное число антенн n вычисляем по формуле:
,
n
очевидно, что АС 1 должна содержать такое число антенн 11…1, которое должно обеспечивать ДН, перекрывающие все необходимые направления в объемном пространстве и все необходимые поляризации принимаемых радиосигналов и в то же время должны учитываться экономические и конструктивно-технические возможности, поэтому n определяем из условия:
.
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
n
1
m
1
n
1
n
-
1
n
Антенным входом каждого из МРПУ 2…МРПУ 2 является вход ВУ 7, входом которого является вход УБЗ 13, УБЗ 13 предназначен для защиты МРПУ от мощных входных воздействий ЭДС, в том числе и на частоте принимаемого радиосигнала. При воздействии радиосигнала от любой из антенн 1…1 мощностью, превышающей порог срабатывания, установленный в УБЗ 13, в УБЗ 13 мгновенно создается режим шунтирования на входе соответствующего из МРПУ 2…МРПУ 2, а затем производит отключение соответствующей из антенн 1…1 от входной цепи ВУ 7. Уровень порога срабатывания УБЗ 13 устанавливается при помощи 1БУК 12 таким, чтобы предотвратить повреждение во входной цепи ВУ 7. Установка порога срабатывания производится в ЦУКР 6 посредством ЛВС 5, соответствующих БОС 4…БОС 4, соответствующих ВОЛС 3…ВОЛС 3, оптического приемопередатчика 11, оптоэлектронного/электронно-оптического преобразователя 10, мультиплексора/демультиплексора 9 и шине управления и контроля ВУ 7 соответствующих МРПУ 2…МРПУ 2. При снижении уровня мощности входного радиосигнала от антенн 1…1 ниже порогового УБЗ 13 автоматически приводится в исходное состояние. Кроме того, при помощи УБЗ 13, при необходимости, производится снижение уровня входного радиосигнала путем включения аттенюаторов. С выхода УБЗ 13 принимаемый радиосигнал поступает на вход УБУ 14, в котором радиосигнал усиливается по мощности с целью компенсации неизбежных потерь мощности в УСУ 15, в УСУ 15 имеется возможность регулировать число выходов от 1 до m, при этом m - это максимальное число АК 8…АК 8 в каждом из МРПУ 2…МРПУ 2 и может быть разным, т.е. числа, соответствующие m…m, это максимальные числа АК в каждом из соответствующих МРПУ 2... МРПУ 2.
1
m
1
n
1
m
1
n
1
m
1
n
1
n,
min
1
n
1
n
Установка числа выходов УСУ 15, от 1 до m, и установка соответствующего коэффициента передачи УБУ 14 производятся в зависимости от сложившейся ЭМО и числа подключаемых АК 8…АК 8 в каждом из МРПУ 2…МРПУ 2, которое зависит от числа ИРИ и распределения радиосигналов в рабочем диапазоне частот, находящихся в данном направлении. Регулирование числа подключаемых АК 8…АК 8 в каждом МРПУ 1…МРПУ 2, числа выходов УСУ 15 и величины коэффициента передачи УБУ 14 производится при помощи 1БУК 12 по командам, поступающим от ЦУКР 6 или УДДС 41. Так как при использовании узкополосных АК 8…АК 8 число m в каждом из МРПУ 2…МРПУ 2, которое соответственно равно m…m определяется шириной рабочего диапазона частот, равной Δf, шириной ПП одного узкополосного АК, равной ΔF, и коэффициентом загрузки ДН антенны, равным Kз, который для каждой из антенн 1…1 соответственно равен Кз…Kз, следовательно, число m вычисляем по формуле:
,
где Δf - диапазон рабочих радиочастот,
min
ΔF - минимальная ширина ПП АК,
1
n
1
n
Kз…Kз - коэффициенты загрузки ДН соответствующих антенн 1…1 из AC 1.
1
n
1
n
При этом величина каждого из Kз…Kз определяется как отношение числа радиосигналов в рабочем диапазоне частот, находящихся в зоне действия ДН каждой из соответствующих антенн 1…1, к общему числу радиосигналов в рабочем диапазоне частот, находящихся в полном объемном пространстве.
1
n
1
n
Коэффициент загрузки ДН (Kз) для каждой из антенн 1…1, равный соответственно Kз…Kз, определяется методом измерений и исследований ЭМО в месте приема.
1
2
3
n
Однако в условиях равномерного распределения в пространстве ИРИ и при одинаковых величинах ширины ДН в азимутальной и угломестной плоскостях каждой антенны Kз для каждой из антенн равны между собой: Kз=Kз=Kз=…=Kз=Kз, тогда Kз определяем аналитически как отношение ширины ДН в азимутальной и угломестной плоскостях каждой антенны к максимальным углам в азимутальной и угломестной плоскостях всего объемного пространства по формуле:
,
1
2
3
n
очевидно, что при Kз=Kз=Kз=…=Kз=Kз,
1
2
3
n
m=m=m=…=m=m, которое определяем по формуле:
,
1
m
max
однако при использовании максимальной ширины ПП в АК 8…АК 8, равной ΔF, число m определяем без учета Kз по формуле:
,
max
где ΔF - максимальная ширина ПП АК.
max
min
1
n
1
n
Так как ΔF>>ΔF, то соответствующее число аналоговых каналов m…m в каждом из соответствующих МРПУ 2…МРПУ 2 определяем из условия:
,
следовательно, число АК, равное m, в данном МРПУ приемного радиоцентра выбираем согласно формуле:
,
где m - число АК в данном МРПУ,
Kз - коэффициент загрузки ДН данной антенны, подключенной к данному МРПУ.
1
m
1
m
1
m
1
m
1
m
С m выходов УСУ 15 радиосигналы поступают на m входов соответствующих АК 8…АК 8, входом каждого АК является вход 1БППФ 16, в управляемых блоках 1БППФ 16, УУРЧ 18, 2БППФ 19, 1УА 20 производится предварительные усиление и частотная избирательность радиосигналов, при этом 1БППФ 16 и 2БППФ 19 выполнены одинаково и содержат набор коммутируемых и перестраиваемых ПФ с разной шириной ПП, а УУРЧ 18 представляет собой управляемый многокаскадный усилитель радиосигналов с управляемым коэффициентом передачи по мощности, в данных блоках осуществляется частотная настройка в пределах рабочего диапазона частот, регулируется ширина ПП полосовых фильтров, производится изменение коэффициента передачи по мощности, соответствующего из АК 8…АК 8, в соответствии с ЭМО в месте приема, причем все регулировки осуществляются при помощи 2БУК 17, далее радиосигнал через 1УК 21 поступает либо на вход ПрЧ 22, либо на второй вход 2УК 28. При помощи 1УК 21, 2УК 28 и 2БУК 17, с целью оптимизации, производится структурное изменение каждого из АК 8…АК 8, либо в АК супергетеродинного типа с одним преобразованием частоты в ПрЧ 22, либо в АК прямого усиления. В тракте с преобразованием частоты радиосигнал после предварительных усиления и избирательности поступает на вход 1УК 21, в котором производится соединение его входа с первым выходом, при этом второй выход отключен от входа, далее радиосигнал поступает на вход ПрЧ 22, где при помощи СМ 23, УСЧ 24, 1БФПЧ 25 производится преобразование радиочастоты принимаемого радиосигнала в промежуточную частоту (ПЧ), УСЧ 24, управляемый ЦУКР 6, ЛВС 5, УДДС 41 и 2БУК 17, осуществляет синтез сигналов, необходимых для настройки АК на любую частоту рабочего диапазона. В УСЧ 24 синтезируется сигнал гетеродина соответствующей частоты, при этом регулировка формы, уровней и частот синтезируемых сигналов в УСЧ 24 производится при помощи 2БУК 17. Сигнал с выхода УСЧ 24 подается в СМ 23 для преобразования принимаемого радиосигнала с частотой, равной частоте настройки соответствующего из АК 8…АК 8, в сигнал ПЧ, который отфильтровывается в 1БФПЧ 25 и далее усиливается и фильтруется соответственно в УУПЧ 26 и 2БФПЧ 27, при этом 1БФПЧ 25 и 2БФПЧ 27 одинаковы и представляют собой набор коммутируемых ФПЧ с разными величинами ПП, а УУПЧ 26 представляет собой многокаскадный усилитель сигналов промежуточной частоты с управляемым коэффициентом усиления. Путем коммутации фильтров ПЧ в 1БФПЧ 25 и 2БФПЧ 27 регулируется ширина ПП, соответствующего из АК 8…АК 8, а в УУПЧ 26 производится регулирование коэффициента передачи, соответствующего из АК 8i...AK8m, в соответствии с ЭМО в месте приема, причем все регулировки осуществляются при помощи 2БУК 17. Далее сигнал поступает на первый вход 2УК 28, в котором производится соединение его первого входа с выходом, при этом второй вход отключен от выхода, с выхода 2УК 28 сигнал поступает на вход 2УА 29, который изменяет коэффициент передачи АК при помощи 2БУК 17 в автоматическом или в автоматизированном режимах, с выхода 2УА 29 сигнал поступает на вход БАЦП 30, входом которого является вход УРС 31, с k выходов которого сигнал поступает на k входов УАЦП 32. В тракте прямого усиления принимаемый радиосигнал после предварительных усиления и избирательности в 1БППФ 16, УУРЧ 18, 2БППФ 19, 1УА 20 с выхода 1УА 20 поступает на вход 1УК 21, в котором производится соединение его входа со вторым выходом, причем первый выход отключается от входа, далее радиосигнал поступает на второй вход 2УК 28, в котором производится соединение его второго входа с выходом, при этом первый вход отключается от выхода, далее с выхода 2УК 28 сигнал поступает на вход 2УА 29, при помощи которого производится регулировка коэффициента передачи по мощности сигнала, с выхода 2УА 29 сигнал поступает на вход БАЦП 30, управление всеми входящими в БАЦП 30 блоками и устройствами осуществляется в автоматизированном режиме по командам, поступающим от ЦУКР 6 или УДДС 41 при помощи 2БУК 17, в автоматическом режиме по командам, поступающим от блоков и устройств БАЦП 30 при помощи 2БУК 17.
Структурная схема БАЦП 30 приведена на Фиг.2.
Входом БАЦП 30 для подключения 2УА 29 является вход УРС 31, при этом УРС 31 содержит последовательно соединенные блок управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала, блок управляемых аналоговых фазовращателей, причем входом УРС 31 является вход блока управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала, k выходов которого подключены к соответствующим k входам блока управляемых аналоговых фазовращателей, k выходов которого подключены к k входам УАЦП 32, входами которого являются входы каждого из k аналоговых сумматоров, другие входы каждого из которых, являясь k входами для аналоговых шумовых или вобулирующих сигналов УАЦП 32, соединены с каждым из k выходов аналоговых сигналов САЦС 33, а выход каждого из k аналоговых сумматоров подключен ко входу каждого из k АЦП, другие входы для сигнала с частотой дискретизации каждого из k АЦП подключены к каждому из соответствующих k выходов блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации, k входов которого соединены с k выходами разветвителя сигнала с частотой дискретизации, вход которого, являясь входом для аналогового сигнала с частотой дискретизации УАЦП 32, подключен к соответствующему выходу САЦС 33, а выходы каждого из k АЦП соединены с соответствующими входами каждого из k цифровых вычитателей, другие входы каждого из которых, являясь входами для цифровых шумовых или вобулирующих сигналов УАЦП 32, подключены к каждому из k выходов соответствующих цифровых сигналов САЦС 33, выходы каждого из k цифровых вычитателей, являясь k выходами УАЦП 32, подключены к k входам УСЦС 34, которыми являются k входов блока управляемых цифровых фазовращателей, k выходов которого соединены с k входами блока управляемых цифровых сумматоров, выход которого является выходом УСЦС 34 и БАЦП 30 для подключения мультиплексора/демультиплексора 9. При этом входные/выходные шины управления и контроля блока управляемых разветвителей принимаемого сигнала, блока аналоговых фазовращателей посредством входа/выхода управления и контроля УРС 31; входные/выходные шины управления и контроля разветвителя сигнала с частотой дискретизации, блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации посредством входа/выхода управления и контроля УАЦП 32; входные/выходные шины управления и контроля блока управляемых цифровых фазовращателей, блока управляемых цифровых сумматоров посредством входа/выхода управления и контроля УСЦС 34 соединены с соответствующими выходами/входами 2БУК 17.
Реализации УРС 31 могут быть различными, однако основными техническими требованиями к параметрам УРС 31 являются минимальные диссипативные потери, т.е. коэффициент шума должен стремиться к единице и коэффициент передачи по мощности без разветвления также должен стремиться к единице, таким образом, коэффициент передачи по мощности для каждой ветви УРС 31 должен быть обратно пропорционален числу k ветвей, кроме того, УРС 31 должен иметь высокий динамический диапазон по интермодуляции.
вхУРС
cУРС
УРС
вхУРС
УРС
вхУРС
УРС
УРС
УРС
вхУРС
вхУРС
вхУРС
2
2
На входном комплексном сопротивлении УРС 31, равном Z, действует колебание сигнала мощностью P=u /Z=i ×Z, где u, i -действующие значения соответственно напряжения и тока на входе УРС 31. Далее используем только u и принимаем Z=R, где R - активное входное сопротивление УРС 31.
В УРС 31 в блоке управляемых разветвителей принимаемого радиосигнала производится разветвление сигнала на k сигналов, затем в блоке управляемых аналоговых фазовращателей либо осуществляется требуемый сдвиг по фазе колебаний между сигналами определенных ветвей, либо не осуществляется сдвиг по фазе колебаний сигналов, далее колебания k сигналов по k ветвям с выхода блока управляемых аналоговых фазовращателей, которые являются выходами УРС 31, поступают на k входов УАЦП 32, входами которого являются входы k аналоговых сумматоров, выход каждого из которых подключен к сигнальному входу каждого из k АЦП, на другой вход каждого из k аналогового сумматора поступает один из k аналоговых шумовых или вобулирующих сигналов от САЦС 33, последовательно выходу каждого из k АЦП включен соответствующий цифровой вычитатель, на другой вход которого поступает один из k цифровых шумовых или вобулирующих сигналов от САЦС 33, выходы k цифровых вычитателей являются k выходами УАЦП 32, кроме того, в УАЦП 32 содержатся последовательно соединенные разветвитель сигнала с частотой дискретизации и блок управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации, сигнал с частотой дискретизации поступает от САЦС 33 на вход разветвителя сигнала с частотой дискретизации, а с выхода блока управляемых фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации каждый из k сигналов поступает на каждый вход для сигнала с частотой дискретизации каждого из k АЦП.
Мощность каждого из k сигналов на входе для принимаемого сигнала каждого из k АЦП равна:
сАЦП
сУРС
рУРС
рСУМ
P=P К К/k,
сУРС
где P - мощность сигнала на входе УРС 31,
рУРС
К - коэффициент передачи по мощности УРС 31,
рСУМ
К - коэффициент передачи по мощности аналогового сумматора на входе каждого АЦП,
АЦП
АЦП
АЦП
при этом на входном комплексном сопротивлении Z каждого из k АЦП, которое принимаем равным активному сопротивлению (Z=R), действует колебание принимаемого сигнала с эффективным напряжением:
рУРС
рСУМ
АЦП
вхУРС
½
где KKK/R)=a - коэффициент пропорциональности.
При этом напряжение, действующее на входе одиночного АЦП без разветвления сигнала, равно:
с1АЦП=
УРС
uua.
При разветвлении сигнала в УРС 31 на k сигналов и включении в УАЦП 32 k АЦП квадрат эффективного напряжения на входе каждого из k АЦП равен:
, а так как напряжение, действующее на входе одиночного АЦП без разветвления, равно общему напряжению, действующему на входе УАЦП 32, то квадрат суммарного напряжения на входе УАЦП 32 равен:
.
После аналого-цифрового преобразования сигналы поступают на k входов УСЦС 34, содержащего последовательно соединенные блок управляемых цифровых фазовращателей и блок управляемых цифровых сумматоров, причем k входами УСЦС 34 являются k входов блока управляемых цифровых фазовращателей, а выходом УСЦС 34 является выход блока управляемых цифровых сумматоров. В УСЦС 34, где в блоке управляемых цифровых фазовращателей либо осуществляется требуемый сдвиг по фазе между цифровыми сигналами определенных ветвей, либо не осуществляется сдвиг по фазе между цифровыми сигналами, далее k цифровых сигналов по k ветвям поступают на k входов блока управляемых цифровых сумматоров, где сигналы синфазно суммируются, при этом квадрат эффективного значения напряжения суммарного колебания полезного сигнала на выходе УСЦС 34 определяем по формуле:
,
сАЦП1
сАцп2
сАЦП3
сАЦПk-1
сАЦПk
сАЦП
при u=u=u=…=u=u=u и синфазности колебаний сигналов,
.
В то же время в УСЦС 34 осуществляется суммирование шумов квантования каждого из k АЦП. Квадрат эффективного напряжения шума квантования одиночного АЦП определяется по формуле:
, где q - высота ступени квантования, которая определяется как:
pp
N
q=U/(2-1),
где N - разрядность квантования АЦП,
pp
pp
вх
вх
U - размах максимально допустимой амплитуды напряжения, действующего на входе АЦП, причем U=2U, где U - максимально допустимая амплитуда входного напряжения, при этом максимально допустимая мощность на входе одиночного АЦП равна:
, таким образом:
,
отношение сигнал/шум на выходе одиночного АЦП при
:
,
в логарифмическом масштабе:
.
Поскольку амплитуды и фазы колебаний шумов квантования каждого АЦП носят случайный характер, то при допущении абсолютного отсутствия взаимной корреляции квадрат эффективного значения напряжения суммарного шума квантования УАЦП 32 на выходе УСЦС 34 определяем по формуле:
при
,
,
отношение сигнал/шум на выходе УСЦС 34 равно:
,
таким образом, отношение сигнал/шум на выходе БАЦП 30 по сравнению с отношением сигнал/шум на выходе одиночного АЦП, при допущении полной синфазности сигналов и некоррелированности выходных шумов УАЦП 32, не изменяется. Поэтому число k с точки зрения допустимого действующего напряжения группового сигнала на входе одиночного АЦП определяем по формуле:
,
УРСmax
где u - максимальное действующее напряжение на входе УРС 31,
а - коэффициент пропорциональности,
сАЦПдоп
u - допустимое действующее напряжение на входе одиночного АЦП.
с1АЦПи
0
Однако при определения числа k нужно учитывать ДД по интермодуляции (D) и коэффициент шума БАЦП 30. При этом ДД по интермодуляции (D) одиночного АЦП равен: D=Р/P,
Рс1АЦПи
0
где  - максимальная мощность одного из двух сигналов на входе одиночного АЦП, при которой интермодуляционная помеха, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в пределах интегральной характеристики АЦП, которая достаточно точно аппроксимируется степенным рядом, достигнет заданной величины P. В логарифмическом масштабе D определяем по формуле:
с1АЦПи
0
0
D(дБ)=Р-P, где P определяем по формулам:
0
Рс1Ацпи
2
0
с1АЦПи
3
Р(дБм)=2(дБм)-IP(дБм), Р(дБм)=3Р(дБм)-2IР(дБм),
с1АЦПи
0
очевидно, что при изменении мощности входного сигнала (Р) мощность интермодуляционной помехи (Р) на выходе одиночного АЦП изменяется в логарифмическом масштабе пропорционально порядку интермодуляции, при этом:
с1АЦПи
0
2
с1АЦПи
0
3
Р(дБм)=(Р+IР))/2, Р=(P+2IР)/3,
2
3
где IP, IР - постоянные интермодуляционные параметры нелинейности второго и третьего порядков в пределах интегральной характеристики АЦП соответственно, данные параметры измеряют или используют известные значения. Таким образом, ДД по интермодуляции второго и третьего порядков одиночного АЦП соответственно равны:
2АЦП
2
0
ЗАЦП
3
0
D=(IP-Р)/2(дБ); D-2(IР-Р)/3(дБ).
сАЦПи
сАЦПи
с1АЦПи
В результате разветвления входного сигнала на k сигналов мощность каждого из k сигналов Р, действующих на входе каждого АЦП в УАЦП 32, снижается в k раз и в линейном масштабе равна: Р=Р/k, в логарифмическом масштабе:
сАЦПи
с1АЦПи
02
0
03
0
2
3
Р(дБм)=Р(дБм)-k(дБ), при этом интермодуляционные помехи второго и третьего порядков на выходе каждого АЦП соответственно равны, в линейном масштабе: Р=P/k, P=P/k, в логарифмическом масштабе:
02
с1АЦПи
2
0
Р(дБм)=2(Р-k)(дБм)-IP(дБм)=Р-2k(дБ),
03
с1АЦПи
3
0
Р(дБм)=3(Р-k)(дБм)-2IP (дБм)=Р-3k(дБ),
далее все колебания интермодуляционных помех каждого АЦП синфазно суммируются в УСЦС 34 и на выходе БАЦП 30 мощность суммарного колебания интермодуляционных помех второго и третьего порядков в линейном масштабе соответственно равны:
02∑
02
0
0
2
2
2
P=kP=k(P/k)=P,
03∑
03
2
0
0
2
3
P=kP=k(P/k)=P/k.
Мощность суммарной интермодуляционной помехи второго порядка на выходе БАЦП 30 равна мощности интермодуляционной помехи одиночного АЦП, а мощность суммарной интермодуляционной помехи третьего порядка на выходе БАЦП 30 уменьшилась в k раз, очевидно, что ДД по интермодуляции второго порядка БАЦП 30 равен ДД по интермодуляции второго порядка одиночного АЦП:
3БАЦП
3
0
3АЦП
D(дБ)=[IРдБ-(Р-k)дБ]/2=D(дБ)+0(дБ),
а ДД по интермодуляции третьего порядка БАЦП 30 по сравнению с одиночным АЦП повысился и равен:
3БАЦП
3
0
ЗАЦП
D(дБ)=2[IРдБ-(Р-k)дБ]/3=D(дБ)+2k/3(дБ).
2
1/3
Допустимые мощности сигналов на входе УАЦП 32, вызывающих интермодуляционные помехи третьего порядка, возросли на 2k/3(дБ) или в (k) раз.
Очевидно, что простое деление мощности входного сигнала на k не дает увеличения ДД по интермодуляции второго порядка. Однако при разветвлении входного сигнала на четное число k ветвей интермодуляционные помехи второго порядка можно компенсировать.
Рассмотрим пример компенсации.
Допустим на входе УРС 31 действует суммарное колебание двух сигналов, при разветвлении которого в УРС 31 на четное число k сигналов на входе каждого из k АЦП действует суммарное колебание напряжением:
вх
1
1
2
2
u=Ucosωt+Ucosωt,
величина которого находится в пределах интегральной характеристики АЦП, достаточно точно аппроксимируемой степенным рядом. Учитывая известные тригонометрические формулы:
2
3
cosα=(1+cos2α)/2; cosα=(3cosα+cos3α)/4; 2cosαcosβ=cos(α+β)+cos(α-β),
рассмотрим относительный характер интермодуляционных помех второго и третьего порядков, при этом не учитывая параметры нелинейности АЦП. Квадратичный член степенного ряда равен:
где
- вторые гармоники колебаний первого и второго сигнала соответственно;
1
2
1
2
1
2
1
2
UUcos(ω+ω)t, UUcos(ω-ω)t - колебания интермодуляционных помех с суммарной и с разностной частотами соответственно. Кубичный член степенного ряда равен:
где
- третьи гармоники сигналов,
1
2
- интермодуляционные помехи вида 2ω±ω,
2
1
- интермодуляционные помехи вида 2ω±ω.
При включении фазовращателей создаем необходимый сдвиг по фазе между колебаниями сигналов четных и нечетных ветвей, например на к, тогда на входе каждого АЦП, например четных ветвей, согласно известной формуле cos(α+π)=-cosα имеем колебания:
1
1
1
1
2
2
2
2
1
1
1
1
2
2
2
2
Ucos(ωt+π)=-Ucosωt, Ucos(ωt+π)=-Ucosωt, после аналого-цифрового преобразования в УАЦП 32 данные сигналы поступают на входы блока управляемых цифровых сумматоров. В нечетных ветвях после аналого-цифрового преобразования в УАЦП 32 при помощи управляемых цифровых фазовращателей в УСЦС 34 производится также сдвиг по фазе между колебаниями сигналов нечетных и четных ветвей на π, тогда на входах нечетных ветвей блока управляемых цифровых сумматоров имеем колебания: Ucos(ωt+π)=-Ucosωt, Ucosωπ+π)=-Ucosωt, то есть фазы колебаний сигналов четных и нечетных ветвей становятся одинаковыми, далее колебания сигналов данных ветвей синфазно суммируются в цифровом сумматоре.
Однако в результате нелинейного взаимодействия сигналов в четных ветвях в АЦП, на выходе АЦП колебания второго порядка представляют собой:
также в результате нелинейного взаимодействия сигналов в нечетных ветвях в АЦП колебания второго порядка представляют собой:
где
- вторые гармоники колебаний сигналов;
1
2
1
2
1
2
1
2
UUcos(ω+ω)t, UUcos(ω-ω)t - колебания интермодуляционных помех второго порядка с суммарной и с разностной частотами колебаний сигналов соответственно.
Далее при сдвиге фаз выходных цифровых сигналов АЦП нечетных ветвей на π в УСЦС 34 колебания второго порядка сигналов нечетных ветвей приобретают вид:
то есть находятся в противофазе с колебаниями второго порядка сигналов в четных ветвях.
При суммировании колебаний второго порядка сигналов нечетных ветвей с колебаниями второго порядка сигналов четных ветвей получим:
1
2
1
2
очевидно, что интермодуляционные помехи второго порядка вида ω±ω и вторые гармоники сигналов 2ω, 2ω полностью компенсируются.
При сдвиге фаз колебаний сигналов на π в четных ветвях УРС 31 колебания третьего порядка на выходе каждого АЦП представляют собой:
где
1
2
- третьи гармоники сигналов 3ω, 3ω,
1
2
2
1
- интермодуляционные помехи третьего порядка видов: 2ω±ω, 2ω±ω.
Колебания третьего порядка на выходе каждого АЦП в нечетных ветвях УАЦП 32 представляют собой:
При сдвиге фаз колебаний сигналов на π в нечетных ветвях УСЦС 34 третьи гармоники сигналов и интермодуляционные помехи третьего порядка представляют собой соответственно:
,
При сдвиге фаз колебаний сигналов на π в нечетных ветвях УСЦС 34 третьи гармоники сигналов и интермодуляционные помехи третьего порядка представляют собой соответственно:
,
то есть колебания третьих гармоник сигналов и интермодуляционных помех третьего порядка в четных и нечетных ветвях на входах блока цифровых управляемых сумматоров УСЦС 34 синфазны, то есть разветвление сигнала на четное число k ветвей не компенсирует помехи третьего порядка.
1
m
1
n
Таким образом, разветвление принимаемого сигнала на четное число k ветвей с изменением фаз между колебаниями сигналов соответствующих ветвей в УРС 31, включение k АЦП в УАЦП 32, изменение фаз между цифровыми сигналами соответствующих ветвей и их синфазное суммирование в УСЦС 34 позволяет путем деления мощности входного сигнала в блоке управляемых разветвителей принимаемого сигнала УРС 31 повысить ДД по интермодуляции третьего порядка, а путем компенсации интермодуляционных помех второго порядка при помощи блока управляемых аналоговых фазовращателей УРС 31, блока управляемых цифровых фазовращателей и блока управляемых цифровых сумматоров УСЦС 34 повысить ДД по интермодуляции второго порядка БАЦП 30 и таким образом повысить ДД по интермодуляции каждого из АК 8…АК 8 каждого из МРПУ 2…МРПУ 2 и, следовательно, повысить помехоустойчивость ПРЦ.
ф
В БАЦП 30 по командам из ЦУКР 6 или УДДС 41 при помощи 2БУК 17 или в автоматическом режиме при помощи 2БУК 17 меняется число ветвей принимаемого сигнала от 1 до k путем изменения числа подключаемых выходов в УРС 31 к входам УАЦП 32, изменения числа подключаемых соответствующих АЦП в УАЦП 32 и изменения числа подключаемых входов в УСЦС 34 к выходам УАЦП 32. При этом в каждой выходной ветви в УРС 31 и входной ветви в УСЦС 34 включены управляемые при помощи 2 БУК 17 фазовращатели, создающие сдвиги начальных фаз между колебаниями сигналов (ψ) на угол от 0 до 2π с определенным шагом Δψ, при помощи которых можно компенсировать интермодуляционные помехи различных порядков, например, при включении в каждые три ветви фазовращателей, создающих сдвиг по фазе между колебаниями сигналов в этих ветвях на угол 2π/3 и т.п. При этом максимальное число k ветвей, которое обеспечит повышение ДД по интермодуляции БАЦП 30 и соответственно АК, определяем по формуле:
,
cАКи
где Р - максимально допустимая входная мощность одного из двух сигналов, действующих на входе АК, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в АК до входа АЦП, имеет допустимое значение,
с1АЦПи
Р - максимально допустимая мощность одного из двух сигналов, действующих на входе одиночного АЦП, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в пределах интегральной характеристики АЦП, имеет допустимое значение;
p∑
р∑
рАК
рУРС
рСУМ
K - коэффициент передачи по мощности АК до входа одиночного АЦП, причем K=KKK,
рАК
где K - коэффициент передачи по мощности АК до входа БАЦП 30,
рУРС
K - коэффициент передачи по мощности УРС 31,
рСУМ
K - коэффициент передачи по мощности аналогового сумматора на входе каждого АЦП.
сАКи
с1АЦПи
Значения Р и Р измеряют либо используют известные параметры. Чем больше число k, тем выше допустимая мощность сигналов на входе каждого АЦП из УАЦП 32, тем выше ДД по интермодуляции третьего порядка, причем число k целесообразно выбирать исходя из возможных фазовых комбинаций между разветвленными сигналами для компенсации нелинейных помех.
Возможность изменения числа ветвей от 1 до k в БАЦП 30 позволяет изменять ДД по интермодуляции и по сигналу БАЦП 30 в соответствии с изменением мощности входного сигнала, при этом повышение коэффициента шума БАЦП 30 должно быть минимальным. Поэтому число k выбирается также, исходя из требований к относительному увеличению коэффициента шума БАЦП 30 по сравнению с коэффициентом шума одиночного АЦП. Коэффициент шума БАЦП 30 зависит: от диссипативных потерь и коэффициента передачи по мощности УРС 31; от нарушения синфазности колебаний полезных сигналов; от неточного вычитания либо недостаточной фильтрации шумовых или вобулирующих сигналов на выходе каждого АЦП; от величины взаимной корреляции между выходными шумами УАЦП 32.
Реальный коэффициент шума одиночного АЦП с учетом искажений и остатков шумов рандомизации определяем по формуле:
где
- квадрат эффективного напряжения шумов на выходе одиночного АЦП, причем
, где
- квадрат эффективного значения напряжения шумов (ошибок) квантования с учетом реальной разрядности квантования АЦП,
- остаток шума рандомизации, причем
, где
и
- квадраты эффективного значения напряжения шумов рандомизации соответственно в аналоговой и в цифровой формах, b - эффективная (реальная) разрядность квантования АЦП, причем
b=(SINAD-1,76дБ)/6,02дБ,
где SINAD - отношение сигнала к шуму и искажениям в децибелах (дБ), приводится в данных на АЦП,
д
F - частота дискретизации,
-23
к=1,38×10 Дж/К - постоянная Больцмана,
0
Т=293К - стандартная комнатная температура (t=20°C),
0
-21
кТ=4×10 Вт/Гц - интенсивность или спектральная плотность теплового шума на входе АЦП, является основной единицей измерения интенсивностей шумов в блоках и устройствах ПРЦ,
АЦП
R - входное сопротивление АЦП,
вх
вx
pp
pp
U - амплитуда колебания максимально допустимого напряжения на входе АЦП, причем U=U/2, где U - допустимый размах амплитуды напряжения на входе АЦП, приводится в данных на АЦП.
Учитывая, что пороговая чувствительность, выраженная минимальной плотностью мощности источника сигнала, согласованного с входом одиночного АЦП, равна:
minАЦР
д
ш1АЦПр
0
2Р/F=ККТ, а предельно возможная минимальная спектральная плотность мощности источника теплового шума, согласованного с входом каждого из k АЦП, равна:
minАЦП
д
0
2Р/F=кТ, то при абсолютной синфазности сигналов в ветвях БАЦП 30 и абсолютной некоррелированности выходных шумов УАЦП 32 максимальное число k определяем по формуле:
ш1АЦПр
, то есть k=К.
ш1АЦПр
Таким образом, с точки зрения чувствительности АЦП максимальное число k ограничено коэффициентом шума одиночного АЦП - К.
Однако в реальных устройствах всегда существуют отклонения от синфазности колебаний сигналов и существует взаимная корреляция между колебаниями шумовых сигналов.
Допустим, что существует взаимная корреляция между выходными шумами в УАЦП 32 и есть отклонения в синфазности колебаний полезных сигналов в БАЦП 30.
ш1
ш2
ш1
ш3
ш1
шk
ш2
ш3
ш2
ш4
ш2
шk
ш(k-1)
шk
1,2
(k-1),k
Обозначим взаимосвязь между колебаниями напряжений выходных шумов k АЦП: u и u, u и u,… u и u, u и u, u и u,… u и u,… u и u, коэффициентом взаимной корреляции r…r, область значений которого лежит в интервале от -1 до +1 и который определяется при помощи измерений.
Выразим:
определим квадрат суммарного напряжения выходного шума УАЦП 32 на выходе БАЦП 30 в общем виде:
где k - число АЦП, включенных в УАЦП 32,
ш1
шk
u…u - эффективные напряжения выходных шумов каждого АЦП.
При условии включения однотипных АЦП полагаем,
ш1
ш2
ш3
ш4
шk-1
шk
ш
что u=u=u=u=…=u=u=u, отсюда:
1,2
1,3
2,3
(k-1),k
ш
Если r=r=…=r=…=r=r, то квадрат суммарного напряжения выходного шума УАЦП 32 согласно обобщающей формуле равен:
c1
c2
c1
c3
c1
ck
c2
c3
c2
ck
c3
c4
c3
ck
c(k-1)
ck
c1,2
c(k-1),k
Обозначим взаимосвязь между колебаниями напряжений сигналов в k ветвях: u и u, u и u,… u и u, u и u… u и u, u u… u и u,… u и u, коэффициентом взаимной корреляции или синфазности r… r, область значений которого лежит в интервале от -1 до +1 и который определяется при помощи измерений.
Выразим
тогда квадрат эффективного напряжения суммарного колебания сигналов на выходе УСЦС 34 в общем виде представляет собой:
где k - число ветвей УРС 31, число АЦП, включенных в УАЦП 32, число суммируемых сигналов в УСЦС 34.
При равномерном делении мощности входного сигнала в УРС 31 на k равных по мощности сигналов, применении однотипных АЦП и суммирующих устройств в УСЦС 34 допустим:
Выразим коэффициенты взаимной корреляции (синфазности) между колебаниями принимаемых сигналов через угол сдвига между колебаниями:
1,2
1
2
1,3
1
3
c1,k
1
k
rс=cos(ψ-ψ); rс=cos(ψ-ψ);… r=cos(ψ-ψ);
2,3
2
3
с2,k
2
k
c(k-1),k
k-1
k
rc=cos(ψ-ψ);… r=cos(ψ-ψ);… r=cos(ψ-ψ),
1
2
3,
k-1
k
1
2
1,2
2
k
2,k
k-1
k
(k-1),k
где ψ, ψ, ψ… ψ, ψ - начальные фазы суммируемых колебаний сигналов, а ψ-ψ=Δψ,… ψ-ψ=Δψ,… ψ-ψ=Δψ - углы сдвигов фаз между соответствующими колебаниями сигналов, которые можно определить при помощи измерений:
с1,2
c1,3
с1,3
с2,3
2,k
c(k-1),k
с
если r=r=…=r=r=…=1c=…=r=r,
1,2
1,3
1,k
2,3
2,k
(k-1),k
то Δψ=Δψ=…=Δψ=Δψ=…=Δψ=…Δψ=Δψ, тогда квадрат эффективного напряжения суммарного колебания полезного сигнала на выходе УСЦС 34, согласно обобщающей формуле, равен:
Коэффициент шума УАЦП 32 определяем по формуле:
.
Находим степень повышения отношения шум/сигнал УАЦП 32 на выходе БАЦП 30 по сравнению с отношением шум/сигнал на выходе одиночного АЦП по формуле:
,
(Ш/С)
щ
с
где δ - коэффициент повышения отношения шум/сигнал УАЦП 32 на выходе БАЦП 30 по сравнению с отношением шум/сигнал на выходе одиночного АЦП. При условии r>0, r<1:
,
(Ш/Сдоп)
чтобы выбрать число k, необходимо задать допустимый коэффициент повышения отношения шум/сигнал на выходе БАЦП 30, равный δ, и определить число k по формуле:
.
Таким образом, число k разветвлений в БАЦП 30 выбирают из условия:
cАКи
где Р - максимально допустимая входная мощность одного из двух сигналов, действующих на входе АК, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в АК до входа одиночного АЦП, имеет допустимое значение,
р∑
K - коэффициент передачи по мощности АК до входа одиночного АЦП,
с1АЦПи
Р - максимально допустимая мощность одного из двух сигналов, действующих на входе одиночного АЦП, при которой интермодуляционная помеха третьего порядка, возникающая в результате взаимодействия этих двух сигналов в пределах интегральной характеристики АЦП, имеет допустимое значение,
ш1АЦПр
К - коэффициент шума одиночного АЦП с учетом искажений и остатков шумов рандомизации,
(Ш/С)доп
δ - допустимый коэффициент повышения отношения шум/сигнал на выходе БАЦП 30 по сравнению с отношением шум/сигнал на выходе одиночного АЦП,
c
r - коэффициент взаимной корреляции между сигналами в БАЦП 30,
ш
r - коэффициент взаимной корреляции между выходными шумами УАЦП 32.
ф
В САЦС 33, входящего в БАЦП 30, при помощи 2БУК 17 регулируются уровень, форма и частота сигнала с частотой дискретизации с целью оптимизации аналого-цифрового преобразования сигналов в УАЦП 32, данный сигнал поступает на вход разветвителя сигнала с частотой дискретизации в УАЦП 32, с k выходов которого k сигналов с частотой дискретизации через блок управляемых при помощи 2БУК 17 фазовращателей для сигнала с частотой дискретизации поступают на вход для сигнала с частотой дискретизации каждого АЦП, при этом управляемые фазовращатели по командам из ЦУКР 6 или УДДС 42 изменяют фазу (ψ) колебания сигнала дискретизации на угол от 0 до 2π с определенным шагом Δψ, кроме того, в САЦС 33 формируются k шумовых или вобулирующих сигналов, каждый из которых синтезируется одновременно в цифровой и аналоговой форме, при этом все синтезируемые сигналы между собой не коррелированы. Все k шумовых или вобулирующих сигналов в аналоговых и цифровых формах поступают в УАЦП 32, где каждый из k аналоговых сигналов поступает в каждый из k аналоговых сумматоров, включенных на входе каждого из k АЦП, а каждый из k цифровых сигналов поступает в каждый из k цифровых вычитателей, включенных на выходе каждого из k АЦП. В сумматоре сигнал суммируется с принимаемым сигналом, после аналого-цифрового преобразования, тот же сигнал в цифровой форме вычитается из суммарного сигнала в вычитателе. Вычитание производится для исключения или ослабления отрицательного влияния данных сигналов на уровень шумов и помех на выходе АЦП, кроме того, шумовые или вобулирующие сигналы могут иметь полосу частот за пределами полосы частот принимаемого сигнала, и тогда их отрицательное влияние ослабевает до исчезающе малой величины.
1
m
1
m
1
n
1
n
1
n
Цифровой сигнал с выхода БАЦП 30 каждого из АК 8…АК 8 поступает на соответствующий вход первого мультиплексора/демультиплексора 9. Управление и контроль управляемыми блоками, входящими в каждый из АК 8…АК 8, осуществляется в автоматическом и автоматизированном режимах. В автоматическом режиме при адаптации команды управления посредством 2БУК 17 поступают от блоков АК. В автоматизированном режиме команды управления поступают от ЦУКР 6 или УДДС 41 посредством 2БУК 17, а ответные сигналы контроля посредством 2БУК 17 в автоматическом режиме поступают в блоки АК, УДДС 41 или ЦУКР 6, а в автоматизированном режиме сигналы контроля поступают в УДДС 41 или ЦУКР 6, при этом все команды управления и сигналы контроля в АК формируются при помощи 2БУК 17. Шины управления и контроля АК 8i...AK 8щ подключены к соответствующим шинам первого мультиплексора/демультиплексора 9, после мультиплексирования сформированный сигнал преобразуется в первом оптоэлектронном/электронно-оптическом преобразователе 10 в оптический сигнал, оптический сигнал усиливается при помощи первого оптического приемопередатчика 11 и поступает на выход МРПУ 2…МРПУ 2 и далее по ВОЛС 3…ВОЛС 3 оптический сигнал передается на большое расстояние в БОС 4…БОС 4, где после приема во втором приемопередатчике 35 и преобразования из оптического сигнала в электрический во втором оптоэлектронном/электронно-оптическом преобразователе 36 и демультиплексирования во втором мультиплексоре/демультиплексоре 37 m сигналов поступают на m входов МК 38, который коммутирует m сигналов на L входов БЦРПУ 39, содержащего L ЦРПУ, в каждом из которых осуществляется основная избирательность в необходимой полосе частот каждого принимаемого сигнала и создаются цифровые каналы (ЦК) приема, при этом L определяется по формуле:
, где L - число ЦРПУ, создающих ЦК приема,
АК
ЦК
Δf - ПП каждого АК, ΔF - ПП каждого ЦК, m - число АК.
1
n
С выхода БЦРПУ 39 сигналы поступают одновременно в ЗУ 40 и в УДДС 41. В ЗУ 40 производится запись и хранение сигналов, в УДДС 41 производится демодулирование и декодирование сигналов, которые после демодулирования и декодирования поступают в ЗУ 40 и по ЛВС 5 поступают в ЦУКР 6. В УДЦС 41 также производится демодулирование и декодирование сигналов, которые извлекаются из ЗУ 40. Кроме того, в ЦУКР 6 по запросу поступают демодулированные и декодированные сигналы, извлекаемые из ЗУ 40, которые передаются через УДЦС 41 и ЛВС 5. В случае управления ПРЦ от одного УДДС 41, любого из БОС 4…БОС 4, который назначен управляющим, все сигналы поступают посредством ЛВС 5 в управляющий УДДС 41.
1
n
1
m
1
n
1
n
1
m
1
m
1
m
Выбор направления приема в пространстве, осуществление разнесенного приема радиосигналов, пространственной избирательности радиосигналов, оптимизация структуры и режимов работы каждого МРПУ 2…МРПУ 2, AK 8…АК 8, БОС 4…БОС 4 в предлагаемом ПРЦ производятся в автоматизированном режиме с участием оператора в ЦУКР 6 или в УДДС 41 любого из БОС 4…БОС 4 путем соответствующего управления. Кроме того, оптимизация структуры и режимов работы AK 8…АК 8, МК 38, БЦРПУ 39, УДДС 41 может производиться в автоматическом режиме работы, без участия оператора, которая осуществляется при помощи 2БУК 17 и блоков и устройств АК 8…АК 8, МК 38, БЦРПУ 39, УДДС 41, в которых установлены соответствующие элементы измерения сигналов, элементы автоматических регулировок и коммутаций с целью изменения коэффициентов передачи, величин полос пропускания и структуры АК 8…АК 8, а также для изменения величин полос пропускания цифровых каналов БЦРПУ 39, режимов демодуляции и декодирования в УДДС 41. Автоматическая оптимизация структуры и режимов работы приемных трактов осуществляется в соответствии с ЭМО в месте приема.
1
n
Информационные сигналы после обработки с выходов БОС 4…БОС 4 по ЛВС 5 поступают в ЦУКР 6 или в управляющий УДДС 41 и далее на периферийные устройства: мониторы, аудиоустройства, принтеры, ПЗУ и т.п.
Рассмотрим возможную реализацию предлагаемого ПРЦ.
1
n
В АС 1 в качестве антенн 1…1 могут быть применены направленные антенны типа БС 2, ЗБС 2, БШ 2, АБВ, БСВН, БСВН 2, БЕ 2, логопериодические, ромбические и другие направленные высокоэффективные антенны, а также рамочные антенны, антенны типа ВГРД, ВГДШ, рупорные антенны, зеркальные параболические, вибраторные, щелевые и другие антенны, необходимые для данного диапазона радиочастот. Все применяемые антенны должны быть с горизонтальными, вертикальными и смешанными поляризациями с учетом предъявляемых требований.
1
n
1БУК 12, УБЗ 13, УБУ 14, УСУ 15, входящие в ВУ 7 каждого из МРПУ 2…МРПУ 2, могут быть выполнены как на отечественной, так и на импортной элементной базе, например: 1БУК 12 может быть выполнен на ПЛИС (FPGA), таких как ЕР2С 50 или Cyclone I, Stratix II GX фирмы «Альтера». УБЗ 13 может содержать диоды типа 2А537А или другие мощные p-i-n диоды или мощные транзисторы, реле РЭВ-18, РЭВ-20, ARA200A05 фирмы «Nais» или другие ВЧ - реле, компараторы 521 САЗ. УБУ 14 может быть выполнен на дискретных транзисторах с большим ДД или усилителях типа ARJ109 фирмы «Teledyne Congar». УСУ 15 может быть выполнен на управляемых разветвителях, коммутаторах фирмы «Mini-Circuites» и других подобных элементах.
Блоки фильтров 1БППФ 16, 2БППФ 19, 1БФПЧ 25, 2БФПЧ 27 могут быть выполнены на L-, С-элементах с коммутирующими элементами. 2БУК 17 может быть выполнен на ПЛИС (FPGA), таких как ЕР2С 50 или Cyclone I, Stratix II GX фирмы «Альтера» и других.
УУРЧ 18, УУПЧ 26 могут быть выполнены на дискретных транзисторах с большим ДД или на интегральных усилителях с большим ДД фирмы «Teledyne Congar», например, типа ARJ109, а также на усилителях фирмы «Mini-Circuites» и других.
УСЧ 24 может быть выполнен с применением FPGA ЕР2С 50, ЦАП AD9726, АЦП AD9446, AD7725 и других. СМ 23 может быть выполнен на дискретных диодах, транзисторах на соответствующих микросхемных сборках, на готовых смесителях фирмы «Mini-Circuites» и других.
1УА 20,1УК 21, 2УК 28, 2УА 29 могут быть выполнены с использованием безындуктивных резисторов и коммутационных диодов или реле ARA200A05 фирмы «Nais», управляемых аттенюаторов и коммутаторов фирм «Mini-Circuites» и других.
УРС 31, УАЦП 32, САЦС 33, УСЦС 34, входящие в состав БАЦП 30, соответственно могут быть выполнены с использованием: управляемых разветвителей, фазовращателей фирмы «Mini-Circuites» и других, АЦП AD7725, AD9446, ЦАП AD9726 фирмы «Analog Devices», АЦП ASD5500 фирмы «Texas Instruments» и других, ПЛИСов (FPGA) Cyclone II и ЕР2С 20-50 фирмы «Альтера», XC4VFX100-10FF1571, XC9572XL-10VQ441 фирмы «Xilinx» и других.
1
n
1
n
Мультиплексоры/демультиплексоры 9 и 37, оптоэлектронные/электронно-оптические преобразователи 10 и 36, оптические приемопередатчики 11 и 35, содержащиеся в каждом из МРПУ 2…МРПУ 2 и БОС 4…БОС 4, могут быть выполнены на микросхемах HEBR-5921 фирмы «Avago», ПЛИС (FPGA) ЕР2С 50 фирмы«Альтера», процессоров ADSP-21065L, ЦАП AD9761 и АЦП AD9201 фирмы «Analog Devices» и других.
1
n
В качестве ВОЛС 3…ВОЛС 3 могут быть применены волоконно-оптические кабели типа ST/PC-ST/PC-СС-3 и другие.
1
n
ЦУКР 6, БОС 4…БОС 4 и входящие в них МК 38, БЦРПУ 39, УДДС 41 могут быть выполнены с использованием универсальных ЭВМ, с применением процессоров типа TMS 320C6414 фирмы «Texas Instruments», ADSP-TS001 TigerSHARC фирмы «Analog Devices» и других, ПЛИСов (FPGA) Cyclone II и ЕР2С 20-50 фирмы «Альтера», XC4VFX100-10FF1571, XC9572XL-10VQ441 фирмы «Xilinx» и других, ЦАП AD9726, AD9761, АЦП AD9201 фирмы «Analog Devices» и других.
1
n
ЗУ 40 может быть выполнено с использованием жестких магнитных дисков (HDD), таких как: IBM 81Y9774; Iomega 34786; Iomega 35448; Dell 400-23135 и других. Кроме того, в ЦУКР 6 и БОС 4…БОС 4 должны использоваться различные аудио, видео и другие периферийные устройства.
ЛВС 5 может быть типа «Ethernet», «Fast Ethernet» или другого типа.