ИМИТАТОР ИСТОЧНИКОВ РАДИОИЗЛУЧЕНИЙ
SIMULATOR OF RADIO-FREQUENCY SOURCES

Изобретение относится к области радиотехники, в частности к средствам имитации радиосигналов источников радиоизлучений (ИРИ), и может быть использовано при оценке качества и настройке средств радиоконтроля и радиопеленгации, а также для обучения обслуживающего персонала указанных средств.
Известен имитатор навигационных сигналов [1. Россия, патент №123976, G01S 7/40, 2013] космических аппаратов, предназначенный для формирования радиосигналов, сходных по структуре с сигналами, излучаемыми такими устройствами.
Известно также одноканальное устройство для имитации периодических сигналов переменной частоты [2. Патент ЕР №030053, G01S 7/40, 1981]. Оно состоит из генератора синхросигнала заданной частоты, устройства управления, управляемого делителя, ЭВМ и цифроаналогового преобразователя.
Недостатком указанных устройств является низкая технологичность и сложность имитации пространственно-разнесенные ИРИ.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату (прототип) является устройство - имитатор радиосигналов [3. Россия, патент №2207586, G01S 7/02, 2001], позволяющий имитировать радиосигналы с заданной начальной фазой и содержащий генератор синхросигналов, последовательно соединенные устройство управления (УУ), запоминающее устройство (ЗУ), накапливающий сумматор и устройство формирования сигнала, при этом выход ЗУ соединен с первым входом накапливающего сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, а вход ЗУ соединен с выходом устройства управления, а выход устройства формирования сигнала является выходом имитатора.
Недостатком указанного устройства является низкая технологичность и сложность имитации пространственно-разнесенных ИРИ.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей известного имитатора радиосигналов и повышение технологичности имитации пространственно-разнесенных ИРИ за счет одновременного формирования N-1 сигналов с различными фазовыми сдвигами относительно фазы сигнала одного из каналов, что позволяет имитировать пространственно-разнесенных ИРИ.
Технический результат достигается тем, что в известный имитатор радиосигналов, содержащий генератор синхросигналов и последовательно соединенные УУ, ЗУ и накапливающий сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, дополнительно введены N каналов формирования сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные ЗУ хранения значений фазовых сдвигов, фазосдвигающее устройство и устройство формирования сигнала, при этом вторые входы фазосдвигающих устройств всех каналов объединены и соединены с выходом накапливающего сумматора, первый вход ЗУ хранения значений фазовых сдвигов n-го канала формирования сигнала, где n=1…Ν, соединен с n+2 выходом УУ, а вторые входы объединены со вторым входом ЗУ и соединены со вторым выходом УУ, выходы устройства формирования сигнала являются выходами имитатора.
Известно [4. И.С. Кукес, M.Е. Старик. Основы радиопеленгации. - М.: Советское радио, 1964 г., 324 с., с. 33-35], что при пеленговании пространственно-разнесенных ИРИ из-за разности хода лучей сигналы на входе пеленгатора имеют различные фазовые сдвиги относительно фазы одного из сигналов, являющегося опорным. Сущность изобретения заключается в имитации работы реального ИРИ с заданным азимутом путем формирования сигналов с заданными фазовыми сдвигами в каждом из дополнительно введенных каналов относительно сигнала в одном опорном канале. Фазовый сдвиг сигнала в каждом канале определяется заданной геометрией пеленгаторной антенной системы (количество антенных элементов и расстояние между ними) и заданным азимутом ИРИ. Это позволяет при подключении к выходу имитатора ИРИ фазового пеленгатора, осуществляющего измерение пеленга на основе оценки разности фаз в сигналах, проходящих по его каналам, получить на его выходе заданное значение пеленга на ИРИ на определенной частоте излучения.
На фигуре 1 представлена функциональная схема имитатора ИРИ, где введены следующие обозначения: 1 - генератор синхросигналов; 2 - устройство управления; 3 - ЗУ; 4 - ЗУ хранения значений фазовых сдвигов; 5 - накапливающий сумматор; 6 - фазосдвигающее устройство; 7 - устройство формирования сигнала.
На фигуре 2 представлена функциональная схема устройство управления 2, где введены следующие обозначения: 8 - устройство задания кода режима работы; 9 - ЗУ хранения значения частоты; 10 - ЗУ хранения значений пеленгов; 11 - индикатор; 12 - блок расчета значений фазовых сдвигов.
Устройство управления 2 предназначено для выбора режима работы и соответствующих ему параметров формируемого сигнала (центральная частота и начальная фаза, пеленг и соответствующие ему значения фазовых сдвигов в сигналах для каждого канала); передачи кодов частоты и вносимых фазовых сдвигов в сигналы в каналах имитатора в ЗУ 3 и ЗУ хранения значения фазовых сдвигов 4 соответственно и команд на считывание этих кодов в накапливающий сумматор 5 и фазосдвигающее устройство 6 соответственно.
ЗУ хранения значения частоты 9 предназначено для хранения кода значения частоты, формируемого в имитаторе сигнала ИРИ, и его начальной фазы.
ЗУ хранения значений пеленгов 10 предназначено для хранения кодов значений заданных пеленгов на ИРИ.
Блок расчета значений фазовых сдвигов 12 предназначен для алгоритмического вычисления в соответствии с заданным алгоритмом (см. ниже) значений вносимых в соответствии с заданным азимутом (пеленгом) и геометрией антенной системы фазовых сдвигов в формируемые сигналы в каналах имитатора.
ЗУ хранения значения частоты 9, ЗУ хранения значений пеленгов 10 и блок расчета значений фазовых сдвигов 12 могут быть реализованы на основе микроконтроллера, например ATmega64A (http://www.atmel.com/devices/-atmega-64A.aspx).
Устройство задания кода режима работы 8 предназначено для передачи в ЗУ хранения значения частоты 9 и ЗУ хранения значений пеленгов 10 кода режима работы и информации о соответствующих ему частоте формируемого радиосигнала и азимута его источника, а также для передачи в ЗУ 3 и ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4 команды на считывание с их выходов кодов значений частоты и фазовых сдвигов соответственно.
Устройство задания кода режима работы 8 может быть реализовано на основе механического инкрементного валкодера серии РЕС 11 фирмы BOURNS (http://www.stas633.narod.ru/ProVse/Valcoder/Encoder.html).
ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4 предназначено для буферного (оперативного) хранения кодов значений вносимых в формируемый сигнал фазовых сдвигов в соответствии с заданным азимутом для каждого канала имитатора.
Фазосдвигающее устройство 6 предназначено для алгоритмического суммирования значений начальной фазы сигнала в каждом канале и дополнительного фазового сдвига, тем самым осуществляя поворот фазы сигнала в соответствии с заданным в УУ 2 значением пеленга на ИРИ.
ЗУ 3, ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4, накапливающие сумматоры 5, фазосдвигающее устройство 6, устройство формирования сигнала 7 могут быть выполнены в виде синтезатора частот прямого цифрового синтеза, например AD9959 (http://www.analog.com/ru/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9959/products/product.html).
Генератор синхросигналов 1 может быть реализован на основе генератора, например KXO-V97 (http://www.compel.ru/infosheet/GEYER/KXO-V97%2050.0%20MHz/)
Индикатор 11 предназначен для отображения частоты формируемого сигнала и азимута его ИРИ, и может быть выполнен на основе LCD индикатора WH1602В (http://www.compel.ru/infosheet/WINSTAR/WH1602B-YGK-CTK/)
Имитатор источников радиоизлучений содержит генератор синхросигналов 1 и последовательно соединенные УУ 2, ЗУ 3 и накапливающий сумматор 5, второй вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов 1, дополнительно введенные N-каналов формирования сигналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4, фазосдвигающее устройство 6 и устройство формирования сигнала 7, при этом вторые входы фазосдвигающих устройств 6 всех каналов объединены и соединены с выходом накапливающего сумматора 5, первый вход ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4 n-го канала формирования сигнала, где n=1…Ν, соединен с n+2 выходом УУ 2, а вторые входы объединены со вторым входом ЗУ 3 и соединены со вторым выходом УУ 2, выходы устройства формирования сигнала 7 являются выходами имитатора.
Имитатор ИРИ работает следующим образом.
T
0
0
i,n,
зад
0
0
i,n
0
0
i,n
0
0
0
0
n
0
0
i,n
1
0
0
n
0
0
i,n
i,n
зад
0
n
n
<mrow><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><mi>ϕ</mi><mi>n</mi></msub><msub><mi>F</mi><mi>T</mi></msub></mrow><mrow><msup><mn>2</mn><mi>m</mi></msup></mrow></mfrac></mrow>
m
С выхода генератора синхросигналов 1 синхросигнал опорной частоты F поступает на второй вход накапливающего сумматора 5. С первого выхода устройства управления 2 на первом такте работы на первый вход ЗУ 3 поступают код значения частоты f формируемого сигнала и его начальной фазы φ и записывается в нем. Одновременно с этим с соответствующего выхода устройства управления 2, начиная с 3-го по j-й в зависимости от номера канала формирования сигнала с заданной фазой, одновременно на первые входы ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4 каждого канала формирования сигнала с заданной фазой поступает код значения соответствующего фазового сдвига Δφ n,i∈[1,N] для заданного азимута (пеленга) на ИРИ Θ и геометрии пеленгаторной антенной решетки и записывается в нем. После записи кода значения частоты f сигнала, его начальной фазы φ и кодов значений фазовых сдвигов Δφ со второго выхода устройства управления 2 одновременно на объединенные вторые входы ЗУ 3 и ЗУ хранения значений фазовых сдвигов 4 каждого канала формирования сигнала с заданной фазой поступает команда на одновременное считывание кода значения частоты f сигнала, его начальной фазы φ и записи его в накапливающий сумматор 5, а также считывание кодов значений фазовых сдвигов Δφ и записи их в фазосдвигающее устройство 6 соответственно. В этом случае выходной код накапливающего сумматора 5 представляют собой код полной фазы сигнала Δφ=2πft+φ, который поступает одновременно на первые входы фазосдвигающего устройства 6 всех каналов формирования сигнала с заданной фазой. В фазосдвигающем устройстве 6 осуществляется алгоритмическое сложение значения полной фазы сигнала Δφ=2πft+φ и заданных фазовых сдвигов Δφ=2πft+φ+Δφ. При этом в первом канале дополнительный фазовый сдвиг не вносится Δφ=2πft+φ, т.к. он является опорным. Следовательно, на выходах фазосдвигающих устройств 6 всех каналов формирования сигнала с заданной фазой имитатора ИРИ формируются коды мгновенной фазы Δφ=2πft+φ+Δφ сигнала с учетом соответствующих вносимых фазовых сдвигов Δφ, определяемых заданным азимутом (пеленгом) Θ на ИРИ и геометрией имитируемой пеленгаторной антенной решетки. При этом взаимосвязь частоты генерируемого колебания f и мгновенного значения фазы Δφ определяется следующим выражением (см. http://www.wubblick.com):
, где Δφ=1, 2, …2, m - разрядность накапливающего сумматора 5.
n
n
0
i,n
После этого с выхода фазосдвигающих устройств 6 каждого канала сформированные коды мгновенного значения фазы Δφ поступают на соответствующие входы устройств формирования сигнала 7. В устройствах формирования сигнала 7 каждого канала в соответствии с пришедшем кодом мгновенного значения фазы Δφ формируется непрерывный синусоидальный сигнал заданной частоты f и фазой Δφ. Таким образом, на выходе каждого канала формирования сигнала с заданной фазой имитатора ИРИ будет сформирован сигнал, который можно записать в виде:
0
0
i,n
0
0
зад
0
0
зад
зад
Устройство управления 2 работает следующим образом. На первом такте работе с выхода устройства задания кода режима работы 8 для задания соответствующих значений частоты f и начальной фазы φ формируемого сигнала, а также сдвигов фаз Δφ для каждого канала формирования сигнала одновременно на объединенные входы ЗУ хранения значения частоты 9 и ЗУ хранения значений пеленгов 10 поступает код режима, представляющий собой команду на выбор соответствующего этому режиму кода значения частоты f, начальной фазы φ и пеленга Θ на ИРИ. После этого код значения частоты f и начальной фазы φ с объединенного выхода ЗУ хранения значения частоты 9 одновременно поступает на первый выход устройства управления 2 и второй вход индикатора 13. Одновременно с этим с выхода ЗУ хранения значений пеленгов 10 код пеленга Θ на ИРИ поступает на вход блока расчета значений фазовых сдвигов 12, в котором осуществляется алгоритмический расчет значений фазовых сдвигов для сигнала в каждом из N-каналов формирования сигнала с заданной фазой имитатора ИРИ относительно опорного первого канала в соответствии с заданным азимутом (пеленгом) Θ и геометрией пеленгаторной антенной системы. Например, для модели трехэлементной эквидистантой пеленгаторной антенной решетки расчет заданных фазовых сдвигов осуществляется в соответствии со следующими выражениями:
<mrow><mi>λ</mi><mo>=</mo><mfrac><mi>c</mi><mrow><msub><mi>f</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac></mrow>
где b - расстояние между антенными элементами имитируемой трехэлементной антенной решетки;
- длина волны сигнала ИРИ; с - скорость света.