МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области радиотехники и цифровой техники и может быть использована при приеме, демодуляции и предварительной обработке амплитудно-манипулированных (AM) сигналов систем связи, а также при квадратурной модуляции и передаче модулированных сигналов.
Известно многоканальное устройство предварительной обработки сигналов от приемников гидроакустической антенны приемо-излучающей гидро-акустической системы (Полезная модель RU 67287), вход которого соединен с антенной, содержащее в каждом канале последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, фильтр высокой частоты (ФВЧ), малошумящий предварительный усилитель, фильтр низкой частоты (ФНЧ), а также многоканальный АЦП. В устройстве присутствует управляемый с центрального процессора коммутатор, обеспечивающий защиту приемной части устройства от перегрузки при работе в режиме излучения.
Техническим результатом использования предлагаемого многоканального устройства предварительной обработки сигналов от приемников гидроакустической антенны является защита от перегрузки усилителей устройства при работе ГАС в режиме излучения в период посылки сигнала.
Наиболее близким и взятым за прототип является МНОГОКАНАЛЬНОЕ ПРИЕМНО-ДЕМОДУЛИРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ФАЗОМАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ И СИГНАЛОВ КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИИ по Полезной модели №41217 от 10.10.2004 МПК H04L 27/38
Многоканальное приемно-демодулирующее устройство содержит радиоприемное устройство (РПРМУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с кольцом АРУ и преобразователь Гильберта, к выходам которого подключено n-демодулирующих устройств, каждое из которых выполнено на цифровых элементах и включает последовательно соединенные комплексный квадратурный перемножитель, ко вторым входам которого подключены выходы синтезатора прямого синтеза. Синфазный и квадратурный выходы перемножителя подключены ко входам соответствующих синфазного и квадратурного трактов, каждый из которых содержит децимирующий полифазный фильтр, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам синтезатора тактовой частоты и усилитель АРУ, вторые входы которых подключены к соответствующим выходам детектора АРУ,
Аналого-цифровое преобразование выполняется с использованием до восьми каналов универсального демодулятора при частоте дискретизации 186,6 МГц и промежуточной частоте 140 МГц, каждый.
Задачей полезной модели является создание многоканального приемо-передающего устройства с функциями цифровой модуляции, демодуляции при обеспечении максимальной ширины рабочего диапазона частот и предотвращении наложения спектров при дискретизации.
Технически результат заключается в возможности управления каждым из каналов обработки.
Многоканальное устройство предварительной обработки сигналов, включает радиоприемное устройство (РПРМУ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), к выходам которого подключено n-демодулирующих устройств. Устройство отличается тем, что каналы цифровых демодулирующих устройств содержат последовательно соединенные цифровые смесители частот, фильтры нижних частот и устройства сбора данных, представляющее собой сдвоенные буферы, выходы которых подключены к блоку выдачи данных, обеспечивающему формирование пакетов Ethernet.
Многоканальное устройство включает блок управления соединенный с РПРМУ и каждым каналом n-демодулирующих устройств и блоком выдачи данных, при этом вся цифровая часть выполнена на одном кристалле FPGA.
Дополнительно подключенный к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) и к входам n-демодулирующих устройств, блок управления БУ позволяет производить настройку каждого из каналов демодуляторующих устройств, управлять работой АЦП и регулировать направление работы устройства. БУ позволяет получить основную информацию о системе: дату и версию, количество доступных каналов, значение системной тактовой частоты.
На фиг. 1 представлена структурная схема многоканального устройства предварительной обработки сигналов, где 1 - радиоприемное устройство (РПРМУ), 2 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 3 - цифровые демодулирующие устройства, 4 - цифровые смесители частот, 5 - фильтры нижних частот (ФНЧ), 6 - устройства сбора данных, 7 - блок выдачи данных, 8 - блок управления (БУ).
Для достижения указанной цели предлагается многоканальное устройство предварительной обработки сигналов, содержащее последовательно соединенные радиоприемное устройство 1 (РПРМУ) и аналого-цифровой преобразователь 2 (АЦП), выход которого подключен к входам каналов цифровых демодулирующих устройств 3, которые включают последовательно соединенные цифровые смесители частот 4, фильтры нижних частот 5 и устройства сбора данных 6. Все цифровые демодулирующие устройства подключены к блоку выдачи данных 7.
Радиоприемное устройство 1 (РПРМУ) выполнено с возможностью подключения к блоку управления (БУ) 8. Устройство выдачи данных имеет выход на персональную ЭВМ (ПЭВМ).
Цифровые демодулирующие устройства, блок выдачи данных и блок управления реализованы на перепрограммируемой логической интегральной схеме (ПЛИС). Вся цифровая часть выполнена на одном кристалле FPGA.
Устройство работает следующим образом. Входной сигнал в диапазоне частот 160-175 МГц поступает на вход общего для всех каналов радиоприемного устройства (РПРМУ). Там интересующая часть диапазона входного сигнала предварительно отфильтровывается полосовым фильтром. Это необходимо для защиты от зеркального и побочных каналов приема. Далее сигнал поступает на усилитель системы АРУ приемника. Далее сигнал поступает на преобразователь частоты, где перемножается с сигналом гетеродина (генератор). Для расширения рабочей полосы частот каждого канала демодулирующего устройства промежуточная частота выбрана равной 144 МГц. Групповой сигнал с выхода фильтра нижних частот поступает на вход АЦП (14 разрядов). Тактовый сигнал для АЦП обеспечивает отдельный генератор. Аналого-цифровое преобразование выполняется с частотой выборок 125,0 МГц. Дальнейшая обработка сигнала производится в цифровом виде.
Оцифрованный сигнал подается на канал n цифровых демодулирующих устройств 3. Каждый из каналов демодулирующих устройств 3 содержит цифровые смесители частот 4, фильтры нижних частот 5 и устройства сбора данных 6. В демодуляторующих устройствах осуществляется когерентная демодуляция сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (КАМ). На выходе каждого цифрового смесителя частот 4 образуются выборки квадратурного каналов, которые подаются на понижающие фильтры нижних частот 5 (ФНЧ). Фильтрованные квадратурные пары накапливаются в сдвоенном буфере, который является устройством сбора данных 6 и, по мере заполнения сдвоенного буфера, отправляются через блок выдачи данных 7, обеспечивающему формирование пакетов Ethernet. Блок управления БУ выдает данные для каналов демодулирующих устройств 3, обеспечивая настройку каждого из каналов.
В передающей части БУ играет роль источника данных для цифровых демодулирующих устройств.
В настоящее время в ОАО «НПП «АМЭ» создано и изготовлено устройство с 8-ю каналами приема и 2-я каналами передачи.
В результате использования предлагаемого построения устройство обеспечило следующий результат:
- прием сигналов в диапазоне частот 160-175 МГц и преобразование в сигнал с промежуточной частотой 125 МГц полосой 31 МГц;
- передачу модулированного сигнала в диапазоне частот 160-175 МГц с возможностью настройки несущей частоты до 1 КГц;
- преобразование сигнала 125 МГц в 14-разрядный цифровой код;
- цифровую модуляцию/демодуляцию КАМ сигналов с цифровой фильтрацией;
- демодуляцию сигналов при следующих отношениях сигнал/шум >12 дБ;
- скорость передачи данных по Ethernet - 1 Мб/с;
- скорость переключения режимов прием/передача: не более 1 мс;
- компоновку устройства в конструктиве с оптимальным составом.
Испытания устройства по реальным сигналам показали положительные результаты.