УСТРОЙСТВО ИСПЫТАНИЙ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Полезная модель относится к радионавигации, а именно к устройству для испытаний программно-аппаратного метрологического комплекса.
Известен симулятор сигналов GPS по патенту США №5,093,800 «Global positioning system satellite signal simulator», Int. C1. G01S 1/00 (2006.01), опубликованный 03.03.1992 г., который функционально позволяет имитировать работу одного из модулей GPS. Недостатком этого устройства является невозможность имитировать работу всей навигационной системы, а также невозможность имитировать другие системы, например, ГЛОНАСС.
Известно техническое решение, описанное в патенте Российской Федерации на полезную модель №2094915 «Имитатор источников радиосигналов», МПК G01S 1/00, опубликованное 27.10.1997 г., содержащее блок питания, плату персонального компьютера, блок управления и источники радиосигналов. Недостатком известного технического решения является громоздкость за счет использования электромеханических управляемых реактивных двигателей и ограниченность использования из-за узкого радиодиапазона излучаемых радиоволн.
Наиболее близким техническим решением - прототипом заявляемой полезной модели, является устройство по патенту Российской Федерации на полезную модель №117644 «Имитатор навигационных и межспутниковых радиосигналов», МПК G01S 7/40 (2006.01), опубликованное 27.06.2012 г., которое применимо для проверки и настройки бортовых приемников спутников, и наземной аппаратуры потребителя.
Решение применимо для проверки и настройки бортовых приемников спутников, и наземной аппаратуры потребителя.
Устройство-прототип 1, структурная схема которого выполнена на фиг.1 содержит:
блок питания 2,
блок платы персонального компьютера (ПК) 3, вход которого является входом устройства 1,
блок перемножения сигнала 5, выход которого является выходом устройства 1,
единую материнскую плату 6, и,
по меньшей мере, один блок навигационного модуля 4, состоящий из программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС) 8, в состав которой входят формирователь сигналов на низкой частоте 9, синтезатор тактовой частоты 10, выход которого соединен с входом формирователя сигналов на низкой частоте 9, а вход/выход является входом/выходом ПЛИС 8,
квадратурного модулятора 14, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами формирователя сигналов на низкой частоте 9,
выход квадратурного модулятора 14 является выходом блока навигационного модуля 4,
умножителя частоты 13, первый выход которого соединен с входом синтезатора тактовой частоты 10, второй выход соединен с третьим входом квадратурного модулятора 14,
на вход умножителя частоты 13 поступает высокостабильная внешняя частота с выхода единой материнской платы 6,
микроконтроллера 11, первый вход/выход которого является входом/выходом блока навигационного модуля 4, второй вход/выход микроконтроллера 11 соединен по шине четыре с входом/выходом ПЛИС 8,
кварцевого генератора 12, выход которого соединен с входом микроконтроллера 11,
указанные блоки выполнены в виде модулей,
причем блок платы ПК 3 подключен к единой материнской плате 6 посредством шины один, выход блока платы ПК 3 подключен к монитору 7,
блок управления и перемножения сигнала 5 подключен к единой материнской плате 6 посредством шины два, причем блок управления и перемножения сигнала 5 соединен с платой персонального компьютера через единую материнскую плату 6,
вход/выход блока навигационного модуля 4 подключен к единой материнской плате 6 посредством шины три, причем блок платы ПК 3 соединен с микроконтроллером 11 через единую материнскую плату 6, первый вход/выход микроконтроллера 11 является входом/выходом блока навигационного модуля 4,
выход блока навигационного модуля 4 соединен со входом блока управления и перемножения сигнала 5,
первый вход единой материнской платы 6 соединен с выходом блока питания 2,
на второй вход единой материнской платы 6 подается внешний опорный сигнал,
блок навигационного модуля 4 представляет собой навигационный модуль системы ГЛОНАСС или GPS или Galileo.
Работает устройство-прототип следующим образом.
Структура ПЛИС 8 программируется с помощью внешнего персонального компьютера и представляет собой принципиальную схему формирователя М-последовательностей конкретного типа сигналов (GPS, ГЛОНАСС и т.д.) 9, с синтезатором тактовой частоты 10.
опорн.
опорн.
Орты I и Q М-последовательностей с первого и второго выхода формирователя сигналов 9 на низкой частоте подаются на первый и второй входы квадратурного модулятора 14 соответственно, который формирует выходной радиосигнал конкретного типа и является выходом навигационного модуля 4. Частота дискретизации модулятора и есть несущая частота данного радиосигнала, подается на третий вход квадратурного модулятора 14 со второго выхода умножителя частоты 13. Она формируется путем умножения высокостабильной внешней опорной частоты F, подаваемой на вход умножителя частоты, микросхемой умножителя частоты 13 на коэффициент соответствующий типу радиосигнала. Внешнюю опорную частоту (F) и синхронизирующий сигнал прибора, поступающий на узел синтезатор тактовой частоты 10, необходимо подать на вход прибора ИНМРС от высокостабильного задающего генератора (на фиг.1 не показан). На плату навигационного модуля эти сигналы поступают с материнской платы 6.
Цифровое управление платой, задание режимов работы узлам блока 4, и обмен данными между ПЛИС 8 и платой ПК 3 выполняет микросхема микроконтроллера 11 через ее вход/выход с входом/выходом ПЛИС 8. Обмен с платой ПК осуществляется по интерфейсу USB (первый вход микроконтроллера 11). Питание микроконтроллера осуществляется через второй вход микроконтроллера 11, на третий вход микроконтроллера поступает сигнал внутренней частоты с кварцевого генератора 12, задающий режим работы микроконтроллера 11.
Устройство ИНМС управляется с помощью мыши и клавиатуры компьютера (на фиг.1 не показаны), подключенных к разъемам USB платы персонального компьютера, или удаленно по интерфейсу Ethernet (разъем LAN платы персонального компьютера). Информация отображается на мониторе 7 или консоли, подключенной к разъему VGA.
Выходной суммарный сигнал устройства формируется на выходе блока управления и перемножения 5 на передней панели ИНМСР, промежуточные (навигационные радиосигналы каждого модуля 4) выводятся на заднюю панель устройства. На задней панели ИНМСР находятся разъемы USB, VGA и LAN для подключения устройств управления и отображения.
Устройство работает следующим образом. С жесткого диска персонального компьютера, при включении питания, загружается операционная система платы персонального компьютера 3 и запускается «Программа управления ИНМСР».
Программа посредством платы 3 посылает управляющие пакеты навигационным модулям 4 по интерфейсу USB (RS-485) через единую материнскую плату 6, также от высокостабильного задающего генератора поступает на вход материнской платы опорная внешняя частота, и считывает данные с плат навигационных модулей 4. Микроконтроллеры плат навигационных модулей 11 получают управляющие пакеты режимов, пакет типа выходного сигнала и команду разрешения формирования выходного сигнала, а так же пакет запроса телеметрии модуля. Навигационные модули 4, получившие команду разрешения выходного сигнала, выдают высокочастотный сигнал своего диапазона (например, ГЛОНАСС L1 с частотным разделением) блоку управления и перемножения сигналов 5. Амплитуда и подстройка частот выходного сигнала управляется «Программой управления ИНМСР» посредством связи: плата ПК 3 - объединительная материнская плата 6 - блок управления и перемножения сигналов 5.
Недостатком устройства-прототипа является необходимость программировать ПЛИС с помощью внешнего персонального компьютера, необходимость формировать управляющие пакеты для формирования выходных сигналов, наличие вспомогательных блоков, усложняющих конструкцию устройства.
Техническая задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, - это создание универсального и эффективного устройства испытаний программно-аппаратного метрологического комплекса, позволяющего формировать не только навигационные и межспутниковые радиосигналы, но и сигналы в других частотных диапазонах, при этом устройство содержит упрощенную конструкцию относительно прототипа.
Технический эффект достигается тем, что заявляемое устройство испытаний программно-аппаратного метрологического комплекса содержащее:
блок питания, вход которого является первым входом устройства,
блок платы персонального компьютера, первый вход которого является вторым входом устройства, входом управляющего сигнала, первый выход блока платы персонального компьютера является первым выходом устройства и соединен с монитором,
единую материнскую плату, первый вход которой соединен с выходом блока питания, второй вход и первый выход которой по шине один соединены соответственно со вторыми выходом и входом блока платы персонального компьютера,
по меньшей мере одну, программируемую логическую интегральную схему, содержащую формирователь сигналов на низкой частоте и синтезатор тактовой частоты, первый выход которого соединен со входом формирователя сигналов на низкой частоте,
по меньшей мере, микроконтроллер и кварцевый генератор, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера, второй вход и первый выход которого по шине два соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом единой материнской платы, второй выход и третий вход микроконтроллера по шине три соответственно через первые вход и выход программируемой логической интегральной схемы соединены с первым входом и вторым выходом синтезатора тактовой частоты,
отличается согласно полезной модели тем, что
введен, по меньшей мере, один блок преобразования сигнала, в который включены микроконтроллер, кварцевый генератор и программируемая логическая интегральная схема, введен элемент флэш-памяти, вход которого через первый вход блока преобразования сигнала по шине четыре соединен с третьим выходом единой материнской платы, выход элемента флэш-памяти по шине пять через разъем JTAG соединен со вторым входом программируемой логической интегральной схемы, первый выход и второй вход микроконтроллера соединены с третьим входом и вторым выходом единой материнской платы соответственно через второй вход и первый выход блока преобразования сигнала,
первый и второй выходы формирователя сигналов на низкой частоте соответственно через второй и третий выходы программируемой логической интегральной схемы, через второй и третий выходы блока преобразования сигнала образуют второй и третий выходы устройства.
Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с прототипом и известными техническими решениями в данной области техники является:
- более универсальным за счет формирования не только навигационных и межспутниковых радиосигналов, но и сигналов в других частотных диапазонах, что достигается путем введения и использования блока преобразования сигнала;
- наиболее эффективным за счет использования встроенного элемента флэш-памяти, в результате чего исключена необходимость в программировании ПЛИС с помощью внешнего персонального компьютера;
- отсутствует необходимость в использовании управляющих пакетов при формировании сигналов;
- при этом существенно упрощена конструкция устройства, так как структурная схема устройства не содержит блок управления и перемножения, квадратурный модулятор и умножитель частоты.
Далее описание заявляемой полезной модели поясняется примерами выполнения и чертежами.
На фиг.1 выполнена структурная схема устройства-прототипа.
На фиг.2 - структурная схема заявляемого устройства испытаний программно-аппаратного метрологического комплекса.
Заявляемое устройство испытаний программно-аппаратного метрологического комплекса 1 (фиг.2) содержит:
блок питания 2, вход которого является первым входом устройства 1,
блок платы персонального компьютера (ПК) 3, первый вход которого является вторым входом устройства 1, входом управляющего сигнала, первый выход блока платы ПК 3 является первым выходом устройства 1 и соединен с монитором 7,
единую материнскую плату 6, первый вход которой соединен с выходом блока питания 2, второй вход и первый выход которой по шине один соединены соответственно со вторыми выходом и входом блока платы ПК 3,
по меньшей мере одну, программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) 8, содержащую формирователь сигналов на низкой частоте 9 и синтезатор тактовой частоты 10, первый выход которого соединен со входом формирователя сигналов на низкой частоте 9,
по меньшей мере, микроконтроллер 11 и кварцевый генератор 12, выход которого соединен с первым входом микроконтроллера 11, второй вход и первый выход которого по шине два соединены соответственно со вторым выходом и третьим входом единой материнской платы 6, второй выход и третий вход микроконтроллера 11 по шине три соответственно через первые вход и выход ПЛИС 8 соединены с первым входом и вторым выходом синтезатора тактовой частоты 10, согласно заявляемой полезной модели введен, по меньшей мере, один блок преобразования сигнала 15, в который включены микроконтроллер 11, кварцевый генератор 12 и ПЛИС 8, введен элемент флэш-памяти 16, вход которого через первый вход блока преобразования сигнала 15 по шине четыре соединен с третьим выходом единой материнской платы 6, выход элемента флэш-памяти 16 по шине пять через разъем JTAG 17 соединен со вторым входом ПЛИС 8, первый выход и второй вход микроконтроллера 11 соединены с третьим входом и вторым выходом единой материнской платы 6 соответственно через второй вход и первый выход блока преобразования сигнала 15, первый и второй выходы формирователя сигналов на низкой частоте 9 соответственно через второй и третий выходы ПЛИС 8, через второй и третий выходы блока преобразования сигнала 15 образуют второй и третий выходы устройства 1.
Заявляемая полезная модель (фиг.2) работает следующим образом.
Устройство 1 управляется с помощью мыши и клавиатуры компьютера (на фиг.2 не показаны), подключенных к разъемам USB блока платы ПК 3. Информация отображается на мониторе 7.
С первого входа устройства 1 на вход блока питания 2 поступает сигнал включения блока питания. С жесткого диска персонального компьютера загружается операционная система блока платы ПК 3 и запускается «Программа формирования отсчетов сигнала».
Со второго входа устройства 1 на первый вход блока платы ПК 3 поступает управляющий сигнал, по которому В программе указывается генерируемый тип сигнала и начинается процесс генерации сигнала.
Программа посредством блока платы ПК 3 посылает отсчеты сигнала по интерфейсу Ethernet через единую материнскую плату 6. Микроконтроллер 11 управляет передачей отсчетов сигнала на ПЛИС 8 и осуществляет обмен сформированными отсчетами данных между ПЛИС 8 и блоком платы ПК 3. Обмен данных с блоком платы ПК 3 осуществляется по интерфейсу Ethernet.
Структура ПЛИС 8 программируется с помощью элемента флэш-памяти 16 и представляет собой схему формирователя квадратурных компонент сигнала (I и Q) из отсчетов сигнала.
Квадратурные компоненты I и Q с первого и второго выходов формирователя сигналов на низкой частоте 9 через второй и третий выходы ПЛИС 8, через второй и третий выходы блока преобразования сигнала 15 поступают на второй и третий выходы устройства 1. Выходные сигналы ПЛИС 8 через второй и третий выходы блока преобразования сигнала 15 через второй и третий выходы устройства 1 поступают на входы внешнего блока формирования радиосигнала (на фиг.2. не показан).
Таким образом, заявляемое устройство по сравнению с прототипом и известными техническими решениями в данной области техники обладает следующими преимуществами:
- является более универсальным за счет формирования не только навигационных и межспутниковых радиосигналов, но и сигналов в других частотных диапазонах, что достигается путем введения и использования блока преобразования сигнала;
- является наиболее эффективным за счет использования встроенного элемента флэш-памяти, в результате чего исключена необходимость в программировании ПЛИС с помощью внешнего персонального компьютера;
- отсутствует необходимость в использовании управляющих пакетов при формировании сигналов;
- при этом существенно упрощена конструкция устройства, так как структурная схема устройства не содержит блок управления и перемножения, квадратурный модулятор и умножитель частоты.