СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СМЕННЫХ АНТЕННЫХ МОДУЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD TO IDENTIFY REPLACEABLE ANTENNA MODULES AND DEVICE FOR ITS REALISATION

1. Область техники
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для идентификации сменных антенных модулей радиоприемных устройств.
2. Уровень техники
Существует широкий класс радиоприемных устройств, например навигационные приемники, которые могут работать с различными типами сменных антенных модулей.
Для данных приемников требуется идентификация используемого антенного модуля и загрузка в микропроцессорный блок, осуществляющий обработку радиосигнала, идентификационных параметров данного модуля, таких, например, как тип антенны, положение фазового центра антенны и т.п.
В способе и устройстве по патенту США US7.593.484 получение таких данных осуществляют с использованием радиоканала или канала индуктивной связи.
Недостатком указанных способа и устройств является использование специализированного канала для передачи данных, что увеличивает сложность реализации в случае, когда кроме служебного канала имеется основной канал передачи содержательной информации.
Наиболее близким к заявляемому решению является способ по патенту США US7.593.484, в котором получение данных осуществляют с использованием радиоканала.
Недостатком указанного способа является сложность реализации передачи служебных данных, связанная с необходимостью реализации дополнительного канала передачи данных.
Целью заявляемого решения является устранение недостатков известных способов и устройств.
3. Раскрытие изобретения
Цель заявляемого решения достигается тем, что при подключении выбранного сменного антенного модуля осуществляют автоматическую загрузку идентификационных параметров, что позволяет существенно упростить эксплуатацию навигационных приемников и повысить эффективность и оперативность навигационных измерений.
Главными отличительными особенностями заявляемого способа и устройства для его осуществления является использование для передачи идентификационных данных штатного канала передачи данных, предназначенного в обычном режиме для передачи, например, навигационных сигналов в случае навигационных приемников или информационного потока в случае приемников связи, а также использование для передачи информации о параметрах сменного антенного модуля дополнительной модуляции принимаемого сигнала.
Способ идентификации сменных антенных модулей осуществляется следующим образом.
В сменные антенные модули предварительно записывают их идентификаторы и параметры.
В соответствии с решаемыми задачами выбирают сменный антенный модуль и подсоединяют его к радиоприемному устройству.
Подают напряжение питания на сменный антенный модуль и радиоприемное устройство.
После подачи напряжения питания осуществляют прием радиосигналов сменным антенным модулем, при этом осуществляют прием радиосигналов антенной и их усиление в малошумящем усилителе.
Далее в течение заданного времени ожидают завершения переходных процессов в системе автоматической регулировки усиления.
Затем в соответствии с идентификационными данными антенны в блоке формирования сигнала идентификации формируют сигнал идентификации.
После этого в амплитудном модуляторе дискретно модулируют уровень выходного сигнала и передают его в радиоприемное устройство.
Осуществляют обработку полученного сигнала в радиоприемном устройстве в следующей последовательности:
- преобразуют сигнал в высокочастотном блоке приемного устройства;
- управляют уровнем сигнала в системе автоматической регулировки усиления;
- демодулируют сигнал в демодуляторе;
- обрабатывают демодулированный сигнал в микропроцессоре.
Идентификацию подключенного сменного антенного модуля осуществляют следующим образом.
После управления уровнем сигнала в системе автоматической регулировки усиления выделяют дискретные изменения уровня сигнала в амплитудном демодуляторе.
Данное изменение уровня несет информацию об идентификационных параметрах сменного антенного модуля.
Затем осуществляют аналого-цифровое преобразование выделенного изменения уровня сигнала в аналого-цифровом преобразователе.
Сигнал, полученный после аналого-цифрового преобразования, используют для получения данных о типе и параметрах подключенного сменного антенного модуля.
Данные о типе и параметрах антенного модуля используют при цифровой обработке демодулированного сигнала в микропроцессоре.
Устройство для идентификации сменных антенных модулей включает в себя сменный антенный модуль и радиоприемное устройство, причем выход сменного антенного модуля соединен с входом радиоприемного устройства, а выход радиоприемного устройства является выходом всего устройства.
Сменный антенный модуль включает в себя последовательно соединенные приемную антенну, малошумящий усилитель и амплитудный модулятор, а также блок формирования сигнала идентификации, при этом первый вход амплитудного модулятора подключен к выходу малошумящего усилителя, второй вход - к выходу блока формирования сигнала идентификации, а выход амплитудного модулятора является выходом сменного антенного модуля.
Радиоприемное устройство включает в себя последовательно соединенные высокочастотный блок, систему автоматической регулировки усиления, демодулятор и микропроцессор, а также последовательно соединенные амплитудный демодулятор и аналого-цифровой преобразователь.
При этом вход амплитудного демодулятора соединен с выходом системы автоматической регулировки усиления, выход аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом микропроцессора, вход высокочастотного блока является входом радиоприемного устройства, а выход микропроцессора - его выходом.
4. Краткое описание чертежей
На Фиг.1 приведено условное изображение набора из сменных антенных модулей (А) трех видов, которые могут подключаться к радиоприемному устройству (В), и вариант использования данного набора в виде приема сигнала с навигационного спутника и его обработки.
На Фиг.2 приведена функциональная схема заявленного устройства.
На Фиг.3 приведены диаграммы сигналов в различных точках заявленного устройства при его функционировании заявляемым способом с линиями привязки диаграмм по времени.
A1
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе приемной антенны (А1).
A2
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе малошумящего усилителя (А2).
A4
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе блока формирования сигнала идентификации (А4), соответствующего коду идентификации.
A3
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе амплитудного модулятора (A3).
B2
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе системы автоматической регулировки усиления (В2).
B5
На Фиг.3, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе амплитудного демодулятора (В5).
B6
На Фиг.3, диаграмма S - показан код на выходе аналого-цифрового преобразователя (В6).
На Фиг.4 показан вариант технической реализации амплитудного модулятора (A3).
На Фиг.5 приведены диаграммы сигналов в различных точках заявленного устройства, при его функционировании с линиями привязки диаграмм по времени, для случая использования бинарной амплитудной модуляции сигнала.
A1
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе антенны (А1).
A2
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе малошумящего усилителя (А2).
A4
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе блока формирования сигнала идентификации (А4), соответствующего коду идентификации.
A3
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе амплитудного модулятора (A3).
B2
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе системы автоматической регулировки усиления (В2).
B5
На Фиг.5, диаграмма U - показан вид сигнала на выходе амплитудного демодулятора (В5).
B6
На Фиг.5, диаграмма S - показан код на выходе аналого-цифрового преобразователя (бинарного квантователя) (В6).
5. Осуществление изобретения
Предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.
В сменные антенные модули предварительно записывают их идентификаторы и параметры.
В соответствии с решаемыми задачами выбирают сменный антенный модуль и подсоединяют его к радиоприемному устройству.
Подают напряжение питания на сменный антенный модуль и радиоприемное устройство.
A1
Принимают радиосигнал приемной антенной (А1), примерный вид сигнала на выходе приемной антенны приведен на Фиг.3, диаграмма U.
В течение заданного разработчиком системы интервала времени Т1 ожидают завершения переходных процессов, при этом интервал времени Т1 выбирают большим, по крайней мере трех постоянных времени системы автоматического регулирования усиления (В2).
A2
Усиливают принятый сигнал в малошумящем усилителе (А2) и подают его на вход амплитудного модулятора (A3), примерный вид сигнала на выходе малошумящего усилителя приведен на Фиг.3, диаграмма U.
A4
В соответствии с идентификационными данными антенны в блоке формирования сигнала идентификации (А4) формируют сигнал идентификации длительностью Т2, при этом интервал времени Т2 выбирают меньшим постоянной времени системы автоматической регулировки усиления (В2), примерный вид сигнала на выходе блока формирования сигнала идентификации и его соответствие коду идентификации приведены на Фиг.3, диаграмма U.
A3
Сигнал идентификации и сигнал с выхода малошумящего усилителя (А2) подают в амплитудный модулятор (A3), где модулируют уровень выходного сигнала малошумящего усилителя (А2), примерный вид модулированного сигнала приведен на Фиг.3, диаграмма U.
Модулированный сигнал обрабатывают в высокочастотном блоке радиоприемного устройства (В1), например, осуществляя фильтрацию и перенос спектра сигнала в область промежуточных частот.
B2
В системе автоматического регулирования усиления (В2) управляют средним уровнем сигнала, после чего полученный сигнал подают одновременно на вход демодулятора (В3) и вход амплитудного демодулятора (В5), примерный вид сигнала на выходе системы автоматического регулирования усиления приведен на Фиг.3, диаграмма U.
В демодуляторе (В3) сигнал демодулируют и направляют в микропроцессор (В4).
B5
В амплитудном демодуляторе (В5) выделяют изменения уровня сигнала, примерный вид сигнала на выходе амплитудного демодулятора приведен на Фиг.3, диаграмма U.
B6
В аналого-цифровом преобразователе (В6) путем квантования входного сигнала по уровню формируют дискретный код, соответствующий типу и параметрам подключенного сменного антенного модуля (А), примерный вид сформированного кода приведен на Фиг.3, диаграмма S.
Демодулированный в демодуляторе (В3) сигнал и полученный в аналого-цифровом преобразователе (В6) дискретный код направляют в микропроцессор (В4), где с учетом данных о типе и параметрах подключенного сменного антенного модуля (А) обрабатывают сигнал.
Вариантом выполнения заявленного способа является способ, отличающийся тем, что для модуляции сигнала в амплитудном модуляторе (A3) в соответствии с сигналом идентификации осуществляют переключение между выходом малошумящего усилителя (А2) и согласованной нагрузкой, при этом в качестве переключателя может использоваться, например, транзисторный ключ, пример реализации амплитудного модулятора приведен на Фиг.4.
В этом случае аналого-цифровое преобразование в аналого-цифровом преобразователе (В6) выполняют в виде бинарного двухуровневого квантования исходного сигнала (сигнал есть - сигнала нет), примерный вид сигнала для данного случая приведен на Фиг.5.
Для реализации данного способа может быть использовано устройство, включающее в себя последовательно соединенные сменный антенный модуль (А) и радиоприемное устройство (В) (Фиг.2).
При этом сменный антенный модуль (А) включает последовательно соединенные:
A1
- приемную антенну (А1), примерный вид сигнала на выходе приемной антенны приведен на Фиг.3, диаграмма U;
- малошумящий усилитель (А2), в качестве которого может быть использован полосовой усилитель с требуемой полосой пропускания;
- амплитудный модулятор (A3), реализованный, например, в виде электрически управляемого диодного или ферритового аттенюатора;
- блок формирования сигнала идентификации (А4), представляющий собой генератор многопозиционного импульсного амплитудно-модулированного сигнала (многоуровневый ИКМ-сигнал), способный начать формирование сигнала идентификации с задержкой после включения питания на интервал времени Т1 и формировать этот сигнал в течение интервала времени Т2.
При этом первый вход амплитудного модулятора (A3) подключен к выходу малошумящего усилителя (А2), второй вход - к выходу блока формирования сигнала идентификации (А4), а выход соединен с входом высокочастотного блока (В1).
Для того чтобы модулированный сигнал проходил через систему автоматического регулирования усиления с минимальными искажениями, интервал времени Т2 должен выбираться меньшим постоянной времени системы автоматической регулировки усиления (В2).
Радиоприемное устройство (В) включает в себя последовательно соединенные:
- высокочастотный блок (В1), способный осуществлять фильтрацию и перенос спектра сигнала в область промежуточных частот;
- систему автоматической регулировки усиления (В2), способную обеспечивать поддержание среднего (или пикового) уровня сигнала на ее выходе постоянным, при этом динамический диапазон изменения выходного сигнала автоматической регулировки усиления согласован с динамическим диапазоном следующих за ним демодулятора (В3) и амплитудного демодулятора (В5);
- демодулятор (В3), способный обеспечивать выделение из полученного сигнала полезного бинарного сигнала;
- амплитудный демодулятор (В5);
- аналого-цифровой преобразователь (В6);
- микропроцессор (В4), способный осуществлять обработку принятого полезного сигнала и расчет в случае, например, навигационного приемника, текущих координат фазового центра приемной антенны.
При этом вход амплитудного демодулятора (В5) соединен с выходом системы автоматической регулировки усиления (В2), выход аналого-цифрового преобразователя (В6) соединен с входом микропроцессора (В4), а выход микропроцессора является выходом всего заявляемого устройства.
Вариантом реализации заявленного устройства является устройство, в котором амплитудный модулятор (A3) выполнен в виде устройства (Фиг.4), содержащего согласованную нагрузку (А3.1), выполненную, например, в виде резистора номиналом 50 Ом, и коммутатора (A3.2), имеющего два сигнальных входа, один управляющий вход и один сигнальный выход.
При этом согласованная нагрузка подключена к одному из сигнальных входов коммутатора, второй сигнальный вход коммутатора подключен к выходу малошумящего усилителя (А2), управляющий вход коммутатора подключен к выходу блока формирования сигнала идентификации (А4), а выход коммутатора соединен с входом высокочастотного блока (В1).
При этом аналого-цифровой преобразователь (В6) радиоприемного устройства (В) выполнен в виде бинарного квантователя.
Заявленное устройство функционирует следующим образом.
A1
A1
С помощью приемной антенны (А1) принимают радиосигналы, например, от навигационных спутников, примерный вид сигнала на ее выходе приведен на Фиг.3, диаграмма U, и Фиг.5, диаграмма U.
Принятый сигнал усиливают в малошумящем усилителе (А2) и подают на амплитудный модулятор (A3).
После включения питания или рестарта системы в блоке формирования сигнала идентификации (А4) с задержкой Т1 начинают формировать сигнал идентификации, содержащий данные о типе и параметрах подключенного сменного антенного модуля.
Для завершения переходных процессов, связанных с включением системы, величина задержки Т1 выбирают большей, по крайней мере, трех постоянных времени системы автоматического регулирования усиления (В2).
Сигнал идентификации формируют в течение интервала времени Т2, который выбирают меньшим постоянной времени системы автоматического регулирования усиления (В2).
Это позволяет модулированному сигналу проходить через систему автоматического регулирования усиления с минимальными искажениями.
A4
A4
Сигнал идентификации в общем случае может представлять собой, например, сигнал многоуровневой импульсно-кодовой модуляции (Фиг.3, диаграмма U) или бинарный сигнал (Фиг.5, диаграмма U).
A3
A3
A3
A3
Сигнал идентификации вместе с усиленным в малошумящем усилителе (А2) исходным сигналов подают на амплитудный модулятор (A3), в котором усиленный сигнал модулируют по уровню (Фиг.3, диаграмма U и Фиг.5, диаграмма U) в соответствии с сигналом идентификации (Фиг.3, диаграмма U - для случая многоуровневой модуляции и Фиг.5, диаграмма U - для случая бинарной модуляции).
Модулированный сигнал подают в высокочастотный блок (В1) радиоприемного устройства (В) и обрабатывают в системе автоматического регулирования усиления (В2).
B2
B2
Сигнал с выхода системы автоматического регулирования усиления (В2) (Фиг.3, диаграмма U, и Фиг.5, диаграмма U) подают на демодулятор (В3), где демодулируют сигнал для его последующего использования в микропроцессоре (В4).
Цифровую обработку сигнала начинают осуществлять в микропроцессоре (В4) по истечении интервала времени, равного Т1+Т2, необходимого для завершения переходных процессов после включения питания и передачи сигнала идентификации сменного антенного модуля.
B2
B2
B5
B5
B6
B6
В течение интервала времени Т2 из сигнала с выхода системы автоматического регулирования усиления (В2) (Фиг.3, диаграмма U, и Фиг.5, диаграмма U) в амплитудном демодуляторе (В5) выделяют сигнал идентификации (Фиг.3, диаграмма U, и Фиг.5, диаграмма U), который затем преобразуют в бинарный код в аналого-цифровом преобразователе (В6) (Фиг.3, диаграмма S, и Фиг.5, диаграмма S).
Данный бинарный код передают в микропроцессор, где из него извлекают данные о типе и параметрах подключенного сменного антенного модуля.
Демодулированный сигнал с учетом данных о типе и параметрах подключенного сменного антенного модуля обрабатывают в микропроцессоре по основному назначению устройства, например, для определения координат приемника.
Заявляемый способ и устройство для его осуществления могут быть применимы и в отсутствие полезного сигнала на входе приемной антенны (А1).
m
В этом случае максимальный уровень сигнала на выходе сменного антенного модуля будет равен уровню шумов на выходе малошумящего усилителя (А2), а минимальный будет равен уровню шумов согласованной нагрузки R.
Так как малошумящий усилитель (А2) по входу также нагружен на согласованную нагрузку, уровень шумов на его выходе будет, как минимум, в коэффициент усиления малошумящего усилителя раз больше, чем соответствующий уровень шумов на его входе.
Поскольку в современных малошумящих усилителях коэффициент усиления может лежать в пределах от единиц до десятков децибел, такое же соотношение будет между минимальным уровнем и максимальным уровнем модулированного сигнала.
Этого вполне достаточно для обеспечения устойчивой работы аналого-цифрового преобразователя (В6) даже в отсутствие полезного сигнала на входе приемной антенны.
Предложенный способ и устройство для его осуществления позволяют обеспечить получение идентификационных данных радиоприемными устройствами от сменных антенных модулей без существенного влияния на функционирование основного канала передачи полезного сигнала и без наличия отдельного канала передачи кода идентификации сменных антенных модулей.