АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОМПЛЕКС КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области электрорадиотехники, а именно к системам радиоконтроля высокочастотных напряжений в приемных антеннах и может быть использована в корабельных комплексах связи и на стационарных узлах связи.
Автоматизированная аппаратура контроля электромагнитной обстановки предназначена для определения следующих параметров электромагнитной обстановки в диапазонах использования средств радиосвязи:
1) уровней шумов и помех на частотах, планируемых для использования в каналах связи;
2) значений отношений сигнал/шум на входе приемных устройств в действующих каналах связи;
3) значений пораженных полос радиоприема, обусловленных работой собственных корабельных радиопередатчиков;
4) загрузки радиочастотного спектра излучениями работающих радиопередатчиков и прочими источниками радиопомех.
Известны сканирующие приемники, предназначенные для решения широкого круга задач радиоконтроля: см., например, Проспект фирмы «НЕЛК», - 2004, Раздел сканирующие приемники, Бюллетень ВИНИТИ «Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления.» Серия: «Технические средства разведывательных служб зарубежных государств» №12, М. -
2005 стр.27-37. Типы сканирующих приемников: IC-PCR1000, IC-R8500, AR-3000A, AR-5000A, AR-8200 и т.п.
Известны тестовые приемники (анализаторы спектра) R&S ESPI фирмы Rohde & Schwarz (см. Проспект фирмы Rohde & Schwarz, 2006, Бюллетень ВИНИТИ «Иностранная печать об экономическом, научно-техническом и военном потенциале государств - участников СНГ и технических средствах его выявления.» Серия: «Технические средства разведывательных служб зарубежных государств» №6, М. - 2006 стр.41-48.
Сканирующие (тестовые) приемники и спектроанализаторы состоят из входного аттенюатора, высокочастотной части супергетеродинного приемника с двойным или тройным преобразованием частоты (тюнера), устройства цифровой обработки сигналов (ЦОС), подключаемого к выходу промежуточной частоты тюнера, и управляющей ПЭВМ со специальным программным обеспечением. В интересах повышения быстродействия приемников и спектроанализаторов используются широкополосные тюнеры, имеющие полосы пропускания от 200 кГц до единиц МГц.
Наиболее близким к заявляемому устройству является универсальный комплекс автоматизированного радиоконтроля и пеленгования (АРКП) (прототип), обобщенная структурная схема которого приведена в статье Рембовский A.M. «Автоматизированный радиоконтроль и пеленгование излучений - задачи и средства», «Успехи современной радиоэлектроники» №6, 2003, стр.3-21.
Комплекс состоит из антенной системы, тюнера, блока аналого-цифровой обработки сигналов, содержащей последовательно соединенные блок аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и блок быстрого преобразования Фурье (БПФ), демодулятора, звукового процессора и ЭВМ. Тюнер представляет собой высокочастотную часть супергетеродинного приемника, выход промежуточной частоты которого подается одновременно на блок аналого-цифровой обработки, обеспечивающий определение спектра принимаемого сигнала, и демодулятор, обеспечивающей детектирование принимаемого сигнала. ЭВМ обеспечивает
управление блоками комплекса, обработку принятых сигналов и ведение базы данных радиоконтроля.
Как аналоги, так и прототип, ввиду своей универсальности являются достаточно сложными и дорогими устройствами. Сложность заключается в использовании высокоскоростного АЦП с большой разрядностью, предназначенного для анализа напряжений на выходе усилителя промежуточной частоты в широком динамическом диапазоне до 70 дБ, и программируемых цифровых сигнальных процессоров. Стоимость тестовых приемников и цифровых спектроанализаторов составляет несколько миллионов рублей. При этом не все задачи радиоконтроля необходимы для контроля ЭМО применительно к корабельным средствам связи.
Целью полезной модели является упрощение конструкции и удешевление аппаратуры контроля ЭМО в составе корабельных комплексов связи.
Поставленная цель достигается тем, что в автоматизированном комплексе контроля электромагнитной обстановки, состоящем из последовательно соединенных антенны и антенного разветвителя, последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, ПЭВМ и дисплея, используется радиоприемник типа Р-774К1-ИА, управляемый от ПЭВМ по входам «Ручная регулировка усиления» и «Входной аттенюатор», при этом низкочастотный (телефонный) выход приемника соединен со входом АЦП, а вход радиоприемника соединен с одним из выходов антенного разветвителя.
На фиг.1 показана блок-схема автоматизированного комплекса контроля электромагнитной обстановки. Она состоит из следующих элементов:
1 - корабельная приемная антенна;
2 - антенный разветвитель, предназначенный для подключения нескольких приемников к одной приемной антенне;
3 - штатный корабельный радиоприемник;
4 - аналого-цифровой преобразователь;
5 - ПЭВМ;
6 - дисплей.
c+ш
с+ш
выхn
с+ш
Аппаратура работает следующим образом. Высокочастотное напряжение u(t) сигналов, шумов и помех, наводимое в приемной антенне 1, через антенный разветвитель 2 подается на вход корабельного радиоприемника 3, в котором осуществляется фильтрация, усиление, детектирование и преобразование наведенного напряжения в низкочастотный сигнал - обозначим его как U(t). Радиоприемник устанавливается в режим телефонии, и при этом отключается режим автоматической регулировки усиления. С низкочастотного выхода радиоприемника 3 напряжение подается на вход АЦП 4, в котором производится оцифровка аналогового сигнала и его кодирование. Частота дискретизации сигнала в АЦП 4 должна быть не менее удвоенной верхней частоты телефонного канала, т.е. не менее 6,8 кГц. Цифровой (кодированный) сигнал в виде массивов (выборок) из N элементов U=U(nΔt) подается в ПЭВМ для обработки и получения 4-х параметров ЭМО, указанных выше.
выхn
Для обеспечения возможности измерения уровней сигналов в широком динамическом диапазоне производится дистанционная ручная регулировка усиления (РРУ) приемника и управление входным аттенюатором приемника от ПЭВМ 5. Динамический диапазон изменения уровня сигнала в приемнике с помощью РРУ составляет 95 дБ, с помощью входного аттенюатора 30 дБ. Динамический диапазон выходного усилителя низкой частоты составляет 15 дБ. Таким образом, заявляемая аппаратура контроля ЭМО может измерять уровни сигналов, наводимых в приемных антеннах в диапазоне 140 дБ (от 1 мкВ до 10 В). ПЭВМ методом последовательных приближений устанавливает коэффициент усиления РРУ и коэффициент передачи входного аттенюатора таким образом, чтобы выходное напряжение приемника оказывалось в пределах линейного участка амплитудной характеристики, например, в пределах U=0,5-2,0 В (от -6 дБ до +6 дБ). При этом фиксируются коэффициент усиления РРУ
РРУn
АТn
вхn
выхn
РРУn
АТn
К и коэффициент передачи входного аттенюатора К. Величина входного напряжения в дБмкВ определяется по формуле U=U+К+К.
выхn
с+ш
При настройке приемника на каждую частоту f в анализируемой полосе частот на вход ПЭВМ 5 поступает выборка из N значений выходного напряжения приемника U(f)=U(nΔt,f). В ПЭВМ 5 определяется выходное напряжение приемника на частоте настройки как среднеквадратическое значение элементов выборки .
Перестраивая приемник в заданной полосе, в ПЭВМ 5 получается спектр наведенного в приемной антенне 1 напряжения, которое отображается на дисплее 6.
На основании обработки в ПЭВМ 5 по специальным алгоритмам значений , полученных в анализируемой полосе частот, получаются следующие 4 параметра ЭМО, необходимые при контроле для средств радиосвязи:
1) уровней шумов и помех на частотах, планируемых для использования в каналах связи;
2) значений отношений сигнал/шум на входе приемных устройств в действующих каналах связи; эти отношения получают путем измерения уровня сигнала с шумом на частоте канала связи
уровней шумов в соседних каналах
,
усреднения этих уровней
и получения отношения сигнал/шум по формуле
.
3) значений пораженных полос радиоприема, обусловленных работой собственных корабельных радиопередатчиков - по специальному алгоритму;
4) загрузки радиочастотного спектра излучениями работающих радиопередатчиков и прочими источниками радиопомех как относительная доля анализируемой полосы частот, в которой уровень наведенного напряжения в антенне превышает установленный пороговый уровень.
Полученные с помощью заявляемого комплекса параметры ЭМО используются для обеспечения электромагнитной совместимости (ЭМС) средств радиосвязи на объекте и для повышения качества связи на основе выбора частот для каналов связи с максимальным отношением сигнал/шум.
Технико-экономический эффект от внедрения заявляемого устройства в состав комплекса связи по сравнению с аналогами и прототипом заключается в упрощении аппаратуры контроля ЭМО и снижении ее стоимости. В заявляемой аппаратуре используются штатные средства радиосвязи объекта (корабля): приемная антенна, антенный разветвитель, приемное устройство, ПЭВМ и дисплей
из состава информационно-управляющей системы комплекса связи. Единственное дополнительное устройство - это АЦП с невысокими характеристиками: 8-разрядное со скоростью кодирования входного сигнала 8 кГц. Стоимость такого АЦП составляет несколько тысяч рублей. Технический эффект от использования заявляемой аппаратуры контроля ЭМО по сравнению с ее отсутствием по результатам проведенных в научно-исследовательских работ составляет: повышение надежности связи в KB диапазоне с 0,5-0,7 до 0,9-0,95, повышение вероятности обеспечения ЭМС средств радиосвязи с 0,6-0,8 до 0,95.