ПОДСИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Область техники
Данное техническое решение относится к области цифровой вычислительной техники, а именно, к автоматизированным системам обработки радиолокационной информации.
Уровень техники
Аналогом заявляемого технического решения является известная подсистема регистрации радиотехнических сигналов (см. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ РАБОЧЕЕ МЕСТО ОПЕРАТОРА УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ, свидетельство на полезную модель RU 22998 U1, заявка №2001128364 от 23.10.2001 г., опубликовано 20.1072.2002 г., бюл. №20).
Автоматизированное рабочее место оператора управления воздушным движением состоит из специализированной электронной вычислительной машины (ЭВМ), совместимой с IBM PC, содержащей системный блок с набором стандартных модулей, монитор, клавиатуру, шаровой манипулятор, а также дополнительные модуль математического акселератора (МА), модуль адаптера локальной вычислительной сети (ЛВС), модуль сопряжения с танковой навигационной аппаратурой (ТНА) и каналом связи автоматизированной системы передачи данных (АСПД-У), первые входы-выходы которых соединены с шиной ISA системного блока специализированной ЭВМ, а вторые входы модуля адаптера локальной вычислительной сети - с первыми входами-выходами устройства, вход, второй и третий входы-выходы модуля сопряжения с ТНА и АСПД-У соединены соответственно с первым входом и вторым и третьим входами-выходами устройства многоканальной аппаратуры передачи данных (МАПД), первый вход-выход которой соединен с входом-выходом RS-232C системного блока специализированной ЭВМ, а вторые входы-выходы - с четвертыми входами-выходами устройства, модуль адаптера телеграфного канала, первый вход-выход которого соединен с входом-выходом
RS-232C системного блока специализированной ЭВМ, а второй вход-выход с четвертыми входами-выходами устройства, отличающееся тем, что автоматизированное рабочее место дополнительно содержит первый и второй выносные блоки сопряжения с радиолокационной станцией (РЛС) и передвижным радиовысотомером (ПРВ), входы которых соединены соответственно с пятым и шестым входами устройства, модуль сопряжения с выносными блоками, первый вход-выход которого соединен со вторым входом-выходом модуля математического акселератора, а второй и третий вход-выход - с входами-выходами соответственно первого и второго выносных блоков сопряжения с радиолокационной станцией.
Недостатком данного аналога являются ограниченные функциональные возможности.
Следующим аналогом заявляемого технического решения является подсистема регистрации радиотехнических сигналов (см. УНИФИЦИРОВАННЫЙ МОБИЛЬНЫЙ КОМАНДИРСКИЙ ПУНКТ, Свидетельство на полезную модель RU 29600 U1, заявка №2002129461 от 04.11.2002 г., опубликовано 20.05.2003 г., бюл. №14).
Унифицированный мобильный командирский пункт содержит первый системный блок «Багет 21-02», состоящий из центрального процессора (ЦП) БТ01-209, накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД) БТ01-301А, контроллера RS-232 БТ01-404А и адаптера локальной вычислительной сети (ЛВС) БТ01-411, объединенных шиной ISA, второй системный блок «Багет 21-02», состоящий из центрального процессора (ЦП) БТ01-209, накопителя на жестком магнитном диске (НЖМД) БТ01-301А, модуля математического акселератора (МА) БТ01-206, адаптера ЛВС БТ01-411, объединенных шиной ISA, первое и второе унифицированное рабочее место (УАРМ-1), состоящее каждый из видеомонитора ВМЦМ-21.3, клавиатуры КЛ-85 и шарового манипулятора, соединенных соответственно с входами «SVGA», «Клавиатура» и первым входом «RS-232» центральных процессоров БТ01-209 первого и второго системных блоков «Багет 21-02» соответственно, выносное автоматизированное рабочее место (ВАРМ) на базе электронной вычислительной машины (ЭВМ) «Багет-41» с модулями БТ41-400 и БТ41-040, входы-выходы адаптеров ЛВС БТ01-411 первого и второго системных блоков «Багет 21-02» и выносного АРМ объединены в локальную вычислительную сеть (ЛВС) Ethernet, отличающийся тем, что дополнительно содержит в первом системном блоке «Багет 21-02» адаптер танковой навигационной аппаратуры (ТНА) и аппаратуры передачи данных (АПД) типа аппаратуры съема и передачи данных унифицированной (АСПДУ) БР21-407, соединенный с шиной ISA, во втором системном блоке «Багет 21-02» адаптер блока сопряжения с радиолокационной станцией (БС РЛС) БР21-410 и адаптер АПД Т-235-1Л
БР21-413, соединенные с шиной ISA, навигационный приемник СН-3001, соединенный со вторым входом «RS-232» центрального процессора первого системного блока «Багет 21-02», аппаратуру навигации ТНА-4-6, соединенную с входом «Адаптер ТНА» модуля БР21-407, печатающее устройство УД-М211Д, соединенное с входом «Centronics» центрального процессора БТ01-209 второго системного блока «Багет 21-02».
Недостатками этого аналога являются ограниченные функциональные возможности.
Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого технического решения является подсистема регистрации радиотехнических сигналов (см. ВЫНОСНОЙ БЛОК СОПРЯЖЕНИЯ С АНАЛОГОВЫМИ РАДИОЛОКАЦИОННЫМИ СТАНЦИЯМИ, патент на полезную модель RU 51766 U1, заявка №2005130776 от 04.10.2005 г., опубликовано 27.02.2006 г., бюл. №6, МПК 7G06F 13/00), который содержит пять модулей первого уровня: первый модуль ЭМ1 Р910.01 генератора опорного напряжения 36 В, частотой 400 Гц и усилителя сигналов управления синхронно-следящего привода (ССП) подвижного радиовысотомера (ПРВ), второй модуль ЭМ1 Р910.02 управления и контроля питания блока, третий модуль ЭМ1 Р910.03 преобразователя трехфазных сигналов СП в код азимута, четвертый модуль ЭМ1 Р910.04 аналого-цифровых преобразователей (АЦП) кода азимута и синуса угла места антенны ПРВ, пятый модуль ЭМ1 Р910.05 преобразователя эхо-сигнала, приемопередатчика и регистра команд наземного радиозапросчика (НРЗ), а также модуль МДМ15-1В05М источника напряжения +5 В и три модуля МДМ15-1В15М источников напряжения +15 В, минус 15 В и +30 В, входы которых соединены с напряжением +27 В, а выходы с узлами второго, третьего, четвертого и пятого модулей первого уровня, отличающийся тем, что третий и четвертый модули первого уровня ЭМ1 Р910.03 и ЭМ1 Р910.04 содержат регистр состояния РГС, вход которого соединен с входом СОСТОЯНИЕ от радиолокационной станции (РЛС), аналого-цифровой преобразователь напряжений грубого отсчета (ГО) и точного отсчета (ТО) в код азимута АЦПА, первый вход которого соединен с выходом Uопорное, а второй и третий вход соответственно с выходами грубого (ТО) и точного (ТО) отсчета от РЛС, аналого-цифровой преобразователь синуса угла места АЦП СУМ, вход которого соединен с выходом U*sin ε ПРВ, регистр RG, первый (D) вход которого соединен с выходами регистра РГС (сигнал СС), АЦПА (сигнал код β) и АЦП СУМ (сигнал код sin ε), а второй вход (С) - с выходом тактовых импульсов ТИ ПРД 500 кГц, регистр установки азимута ПРВ РГА, сумматор выделения разности между текущим азимутом и азимутом установки ПРВ СМ, первый вход которого соединен с выходом АЦП А, а второй вход - с выходом РГА, цифро-аналоговый преобразователь рассогласования азимута ЦАП, вход которого
соединен с выходом сумматора СМ, а выходы ГО и ТО - с входами ПРВ, схема преобразования кода азимута, реализованная на третьем и четвертом модулях первого уровня, содержит преобразователи X/Y трехфазных напряжений сельсин-датчиков в напряжения, пропорциональные sin β и cos β для сигналов грубого (ТО) и точного (ТО) отсчета, соединенные соответственно с выходами 1, 2, 3 Фазы ГО и Фазы ТО РЛС, счетчик кода азимута ГО СТ2 и счетчик кода азимута ГО ×36, входы которых соединены соответственно с выходами +1 и -1 РЛС и Код азимута (ГО) РЛС, а первые выходы соответственно с выходами Код азимута (ГО) и Код ТО устройства, коммутаторы напряжений sin β, cos β ГО К1 и sin β, cos β TO K2, по два входа которых соединены соответственно с двумя выходами sin β и cos β преобразователей X/Y ГО и ТО, а третьи входы - со вторыми выходами счетчиков азимута ГО и ТО, два сумматора коррекции кода азимута СМК ГО и СМК ТО, по два входа которых соединены соответственно с первыми выходами счетчиков кода азимута ГО и ТО и входами коррекции Корр. ГО и Корр. ТО устройства, два дифференциальных усилителя ДУ ГО и ДУ ТО, входы которых соединены соответственно с выходами sin β/cos β коммутаторов напряжений sin β, cos β ГО К1 и sin β, cos β ТО K2, два цифро-аналоговых преобразователя ЦАП ГО и ЦАП ТО, входы которых соединены соответственно с выходами сумматоров коррекции кода азимута СМК ГО и СМК ТО, а выходы - соответственно с со вторыми входами дифференциальных усилителей ДУ ГО и ДУ ТО, компаратор, два входа которого соединены с выходом дифференциального усилителя ДУ ГО и ДУ ТО и цепью сигнала Порог ГО, коммутатор сигналов ошибки ГО/ТО К3, три входа которого соединены соответственно с выходами дифференциального усилителя ДУ ГО, дифференциального усилителя ДУ ТО и компаратора, преобразователь напряжение/частота U/F, вход которого соединен с выходом коммутатора сигналов ошибки ГО/ТО К3, а выход - с цепями сигналов +1, - 1 устройства, пятый модуль первого уровня ЭМ1 Р910.05 содержит аналого-цифровой преобразователь эхо-сигнала АЦП ЭХО, вход которого соединен с выходом ЭХО РЛС, схему сравнения, два входа которой соединены соответственно с выходами ОПОЗН и U отсечки РЛС, счетчик дистанции радиолокатора (РЛИ), счетчик дистанции передатчика СчD1, два входа которого соединены соответственно с выходами тактовых импульсов ТИ РЛС 750 кГц и выходом импульса запуска ИЗ, счетчик дистанции передатчика, счетчик дистанции РЛС СчD2, два входа которых соединены соответственно с выходами ИЗ РЛС и ТИ ПРД 500 кГц, двухпортовое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) RAM, четыре входа которого соединены соответственно с АЦП ЭХО по сигналу отметки цели (ОЦ), схемы сравнения по сигналу общего опознавания (ОП), счетчика СчD1 по сигналу АДРЕС ЗАПИСИ и счетчика СчD2 по сигналу АДРЕС
ЧТЕНИЯ, передатчик ПРД, два входа которого соединены соответственно с выходом двухпортового оперативного запоминающего устройства и выходом регистра RG, выходной трансформатор Т1.2, входы которого соединены с выходами передатчика ПРД, а выход - с линией связи ЛС, входной трансформатор Т1.1, вход которого соединен с линией связи ЛС, приемник ПРМ, входы которого соединены с выходом трансформатора Т1.1, а выход - с входом регистра РГА, регистр команд РК, вход которого соединен с выходом приемника ПРМ, блок реле, вход которого соединен с выходом регистра команд, а выход - цепью РЕЖИМ НРЗ.
Недостатками прототипа являются ограниченные функциональные возможности, не позволяющие реализовать требуемые технические характеристики.
Сущность технического решения
Известная подсистема регистрации радиотехнических сигналов содержит промышленную электронную вычислительную машину (ЭВМ), состоящую из системного блока TL-WORK, включающего в свой состав блок питания БП, съемный магнитный носитель, измерительный блок на базе платы AMBPCI с субмодулем ADMDDC2WBL, соединенных с системным блоком монитора, клавиатуры с манипулятором типа «мышь».
Целью данного технического решения является расширение функциональных возможностей по регистрации радиотехнических сигналов с реализацией в виде блоков минимальных размеров и энергопотребления.
Для получения данного технического результата подсистема регистрации радиотехнических сигналов дополнительно содержит автоматический выключатель, соединенный по входу с сетью электропитания 115 В, 400 Гц, а по первому выходу с входом блока питания БП системного блока промышленной ЭВМ, переходный модуль, выход которого соединен с входом измерительного блока платы AMBPCI системного блока промышленной ЭВМ, а два входа с входами от шкафа РА-31 (5 МГц, ) рабочего места, модуль питания МП, вход которого соединен со вторым выходом автоматического выключателя, а первый выход с третьим входом (5 В, 5 А) переходного модуля, модуль сопряжения, два первых входа-выхода которого соединены соответственно с входами-выходами подключения к шкафам РА-62 и РА-45, первый вход соединен со вторым выходом модуля питания, третий вход-выход по интерфейсу RS-232C с промышленной ЭВМ, два выхода (Синхр. 60 Мгц и Запуск) соединены соответственно с двумя входами измерительного блока системного блока промышленной ЭВМ, модуль сопряжения содержит плату объединительную, плату стыковочную, соединенную по первому входу-выходу с платой объединительной, плату согласования, соединенную по второму входу-выходу со вторым входом-выходом платы объединительной, субмодуль синхронизации, три входа которого соединены соответственно с выходом платы объединительной и двумя входами (120 МГц, ) от шкафа РА-31 рабочего места.
Перечень чертежей
На фиг.1 приведена структурная схема подсистемы регистрации радиотехнических сигналов.
Пример варианта выполнения устройства
ПОДСИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (ПР РТС) входит в состав технологического аппаратно-программного комплекса регистрации и синтеза сигналов (АПК PC) для отладки оборудования рабочего места РМ.
Подсистема регистрации радиотехнических сигналов (фиг.1) содержит промышленную электронную вычислительную машину (ЭВМ) 1, состоящую из системного блока TL-WORK 2, содержащего блок питания (БП) 3, съемный магнитный носитель 4, измерительный блок на базе платы AMBPCI 5 с субмодулем ADMDDC2WBL, а также монитора 6 и клавиатуры с мышью 7, автоматический выключатель 8, переходный модуль 9, модуль питания 10, модуль сопряжения 11, содержащий плату объединительную 12, плату стыковочную 13, плату согласования 14 и субмодуль синхронизации 15.
Подсистема регистрации радиотехнических сигналов подключается к внешним устройствам (шкафам) рабочего места с помощью следующих цепей: 16 - к сети электропитания 115 В, 400 Гц, 17 - к шкафу РА-62, 18 - к шкафу РА-45, 19 - к шкафу РА-31 (цепи 5 МГц, , 120 МГц, ).
Технические характеристики:
входной эхо-сигнал:
- максимальная амплитуда
0,5 В
- центральная частота
5 МГц
- диапазон частот сигналов модулирующего сигнала
от 16 до 25 кГц
- постоянная составляющая
0 В
- вид сигнала
парафазный
число двоичных разрядов АЦП
14
частота дискретизации АЦП
60 МГц
частотный диапазон входных сигналов
от 3 до 6 МГц
характеристики фильтра DDC
CIC2, CIC5, RCF
коэффициент децимации
30-60
максимальная полоса пропускания
10 МГц
разрядность квадратурных составляющих
16
режим регистрации:
- канал
ПДП
- пропускная способность
4 Мбайт/с
- способ стартовой синхронизации
внешний потенциальный
- синхронизация
внешняя 120 МГц,
внутренняя 60 МГц
- максимальное время регистрации
определяется свободной
памятью на сменном
НЖМД, но не менее 30
мин
рабочая емкость сменного НЖМД
60 Мбайт
напряжение питания
~115 В 400 Гц
рабочая температура воздуха
от плюс 5 до плюс 40°С
относительная влажность воздуха
от 45 до 80%
атмосферное давление
от 86 до 106 кПа
(от 645 до 795 мм рт.ст.)
время непрерывной работы
8 ч
масса
не более 50 кг
габаритные размеры
674×454×380 мм
Назначение и состав
Подсистема регистрации радиотехнических сигналов (ПР РТС) предназначена для записи на машинный носитель эхо-сигналов, принимаемых обзорной радиолокационной станцией (РЛС) самолетного комплекса, с их временной и азимутальной привязкой для последующего анализа на ЭВМ.
Подсистема регистрации радиотехнических сигналов (РТС) включает:
- бортовую технологическую персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ) 1 со стандартной периферией (монитор 6, клавиатура 7, накопитель на жестком магнитном диске), обеспечивающую управление процессом регистрации;
- съемный накопитель на жестком магнитном диске (НЖМД) 4, специально выделенный для записи регистрируемых сигналов;
- измерительный блок 5 на базе беспроцессорного базового модуля типа
AMBPCI с субмодулем цифрового приема ADMDDC2WBL, обеспечивающим аналого-цифровое преобразование и фильтрацию контролируемых сигналов;
- переходный модуль подсистемы регистрации (ПМ ПР) 9, предназначенный для согласования интерфейса передачи входного эхо-сигнала с измерительным блоком;
- модуль сопряжения (МС) 11, обеспечивающий синхронизацию работы измерительного блока, технологической ПЭВМ и аппаратно-программного комплекса (АПК) рабочего места (РМ);
- блок питания (модуль питания) 10;
- специальное программное обеспечение в составе программы управления процедурой регистрации РТС.
Устройство и работа
Подлежащая регистрации информация, формируемая рабочим местом РМ, разбита на кадры, каждый из которых представляет собой реализацию эхо-сигнала от пачки из 162 зондирующих импульсов. Период импульсов в пачке может быть установлен 59, 60 или 69 мкс, в соответствии с КОДОМ ПЕРИОДА ЧАСТОТЫ ПОВТОРЕНИЯ Fп. Начало кадра отмечается ИМПУЛЬСОМ НАЧАЛА КАДРА. Непрерывная последовательность кадров, лежащих в азимутальном секторе 202-158 градусов, образует цикл обзора.
Каждый кадр сопровождается выработкой служебной информации (кодов префиксов и гиперпрефиксов), регистрируемых одновременно с кадром.
Подсистема регистрации РТС обрабатывает эхо-сигнал по следующему алгоритму:
- в измерительном блоке 5 эхо-сигналы, принимаемые РЛС, подвергаются аналого-цифровому преобразованию с помощью четырнадцатиразрядного АЦП с частотой выборки 60 МГц, а затем над выборкой специализированный DDC процессор выполняет квадратурное преобразование частоты в нулевую область с фильтрацией низкочастотными децимирующими фильтрами;
- коды децимированной выборки сигнала в квадратуре за один цикл обзора в режиме прямого доступа в память загружаются в свободный буфер в оперативной памяти технологической ЭВМ, а на следующем цикле обзора записываются на сменный НЖМД 4 в файл FilenameNNNN.dat, где NNNN - номер цикла.
Представление зарегистрированной выборки эхо-сигнала в файле FilenameNNNN.dat приведено в таблице 1. Данные представлены в двоичном дополнительном коде и упакованы в 32-битовые слова, где I - действительная, Q - мнимая часть отсчета.
Таблица 1
№ слова
Биты 31-16
Биты 15-0
0
0 отсчет Q
0 отсчет I
1
1 отсчет Q
1 отсчет I
Служебная информация представляется двумя 32-разрядными словами, одно из которых называется префиксом, а другое - гиперпрефиксом. Код гиперпрефикса передается после девяти кодов префиксов. Коды префиксов и гиперпрефиксов выдаются из шкафа РА-62 рабочего места РМ в шкаф РА-45 четырехразрядными слогами КОД ПРЕФИКСА в соответствии с трехразрядным кодом КОД НОМЕРА ПРЕФИКСА, поступающим из шкафа РА-45, задающего темп считывания.
Регистрация служебной информации выполняется с помощью модуля сопряжения.
Считывание кодов префиксов подсистемой регистрации осуществляется стыковочной платой 13, входящей в состав модуля сопряжения 11, путем «перехвата» информации, передаваемой между шкафами РА-62 и РА-45. Для этого модуль сопряжения 11 подключается кабелями к разъемам соответствующих шкафов и выполняет переприем сигналов КОД НОМЕРА ПРЕФИКСА и КОД ПРЕФИКСА. Остальные сигналы кабеля транслируются пассивно.
Плата согласования 14 модуля сопряжения 11 регистрирует последовательность перехваченных кодов префиксов и гиперпрефиксов всех кадров одного цикла обзора.
Во время паузы между соседними циклами обзора технологическая ЭВМ 1 считывает через интерфейс RS-232C зафиксированные коды, проводит контроль объема и структуры регистрируемой информации на непрерывность последовательности КОДОВ АЗИМУТА Кβа и корректность закона смены КОДА ЧАСТОТЫ ПОВТОРЕНИЯ Fп, причем обрабатываются только разряды 0 и 1 (признаки префикса или гиперпрефикса), разряды 30 и 31 (двухразрядный КОД ПЕРИОДА ЧАСТОТЫ ПОВТОРЕНИЯ KFn) и в префиксе - разряды с 3 по 14 (Код АЗИМУТА Кβа), остальные разряды только регистрируются. Затем ЭВМ 1 записывает в файл FilenameNNNN.prf блок служебной информации, содержащий информацию о количестве кадров в цикле и значения кодов префиксов всех кадров. В случае выявленных ошибок создаваемые файлы помечаются как «дефектные» FilenameNNNNb.prf.
Структура файла FilenameNNNN.prf приведена в таблице 2 (К - количество кадров в цикле обзора).
Синхронизация работы измерительного блока 5 подсистемы регистрации выполняется сигналом частотой 60 МГц, который вырабатывается субмодулем синхронизации 15 из поступающих от внешнего когерентного гетеродина РЛС сигналов с частотой 120 МГц.
Синхронизация работы модуля сопряжения 11 выполняется по внешнему сигналу ИТКПА частотой 1 МГц, который передается в подсистему регистрации из шкафа РА-45.
Модуль сопряжения 11 в результате анализа смены значений КОД АЗИМУТА Кβа в поступающей последовательности префиксов и сигнала ИМПУЛЬС НАЧАЛА КАДРА вырабатывает сигнал ЗАПУСК, используемый для потенциальной стартовой синхронизации измерительного блока 5 подсистемы в азимутальном секторе 202-158 градусов.
Скорость обмена данными между модулем сопряжения 11 и технологической ЭВМ 1 по интерфейсу RS-232C равна 115200 бит/с.
Запись кадров ведется на предварительно очищенный или дефрагментированный НЖМД4.
Таблица 2.
№ байтов
Содержание
1
Кол. кадров (мл. разряды)
2
Кол. кадров (ст. разряды)
3
Префикс 1 кадра (0 байт)
4
Префикс 1 кадра (1 байт)
5
Префикс 1 кадра (2 байт)
6
Префикс 1 кадра (3 байт)
7
Префикс 2 кадра (0 байт)
8
Префикс 2 кадра (1 байт)
9
Префикс 2 кадра (2 байт)
10
Префикс 2 кадра (3 байт)
11
K*4-1
Префикс К кадра (0 байт)
К*4
Префикс К кадра (1 байт)
K*4+1
Префикс К кадра (2 байт)
К*4+2
Префикс К кадра (3 байт)
К*4+3
Контрольная сумма
К*4+4
10101010
Технологическая ПЭВМ 1 под управлением программы управления процедурой регистрации РТС выполняет следующие функции:
- обеспечивает по командам оператора выполнение операций инициализации и самотестирования аппаратуры подсистемы регистрации;
- обеспечивает по командам оператора пуск процедуры регистрации оператором и управление обменом данных между измерительным блоком 5, ПЭВМ 1 и накопителем на диске;
- отображает оператору текущее состояние процедуры регистрации;
- обеспечивает абортивное прекращение процедуры регистрации оператором;
- обеспечивает проверку корректности зарегистрированных данных по виду и размерам файлов.
Обмен информацией между подсистемами регистрации и синтеза радиотехнических сигналов выполняется путем переноса съемного накопителя на жестком магнитном диске.
Промышленная применимость
Данное техническое решение промышленно реализуемо, обладает требуемыми функциональными возможностями по регистрации радиотехнических сигналов для имитационного воздействия на разрабатываемую аппаратуру при приемлемых весогабаритных характеристиках и энергопотреблении.