МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ РАДИОСИГНАЛОВ С УГЛОВОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИЛИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
MULTIFUNCTIONAL DEVICE FOR GENERATION OF TELEMETRY RADIO SIGNALS WITH ANGULAR MODULATION FOR TRANSMITTING ANALOGUE-DIGITAL OR DIGITAL INFORMATION

Изобретение относится к радиотелеметрическим системам и может быть использовано для формирования радиосигналов с двухпоточной амплитудно-импульсной и частотной модуляцией (АИМ-ЧМ), временным разделением каналов информации, с фазовой манипуляцией (ФМн), ФМн с предмодуляционной фильтрацией, модуляцией с минимальным частотным сдвигом (ММС), ММС с предмодуляционной фильтрацией, частотной манипуляцией (ЧМн), ЧМн с предмодуляционной фильтрацией.
Известно устройство для формирования телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией - фазовой манипуляцией (ФМн), с квадратурной фазовой манипуляцией (КФМ), со сдвиговой квадратурной фазовой манипуляцией (СКФМ) и с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ) - другое название ММС [Патент РФ №2378783, H04L 27/12]. В данном устройстве содержится формирователь опорных сигналов, источник постоянного напряжения, четыре переключателя, синхронизатор, квадратурный кодер, элемент задержки, блок фазовых манипуляторов, формирователь огибающей символов и сумматор. Однако известное устройство не может формировать телеметрические радиосигналы с двухпоточной АИМ-ЧМ для передачи аналогово-цифровой информации с временным разделением каналов информации, а также ФМн, ММС, ЧМн с предмодуляционной фильтрацией.
Известно устройство для передачи сигналов с частотной модуляцией и временным разделением каналов, которое формирует радиосигнал с двухпоточной АИМ-ЧМ с временным разделением каналов информации, то есть информация каждого канала первого и второго потоков передается поочередно во времени и на своей поднесущей частоте - как на фиг. 2 [А.с. СССР №777872, H04L 27/10]. Данное устройство содержит: частотно-модулированный генератор, управляемый ключ, смеситель, перестраиваемый фильтр, второй формирователь управляющих импульсов, синхронизатор, блок задержки, переключатель, первый формирователь управляющих импульсов, делитель частоты, фазовый детектор, синтезатор. Однако известное устройство не может формировать телеметрические радиосигналы с ФМн, ММС, ЧМн и ФМн, ММС, ЧМн с предмодуляционной фильтрацией.
Известно устройство «Цифровой синтезатор частотно- и фазоманипулированных сигналов» [Патент РФ №2358384, H03L 7/18], выбранное в качестве прототипа, содержащее: эталонный генератор, блок задержки, четыре регистра памяти, три цифровых накопителя, сумматор, преобразователь кодов, цифроаналоговый преобразователь, фильтр нижних частот, делитель частоты с переменным коэффициентом деления, но оно не может формировать радиосигналы с ФМн, ММС, ЧМн с предмодуляционной фильтрацией и двухпоточной АИМ-ЧМ с временным разделением каналов информации.
Технический результат изобретения состоит в расширении функциональных возможностей устройства за счет возможности формирования телеметрических радиосигналов с двухпоточной АИМ-ЧМ, при передаче аналогово-цифровой информации от двух источников (потоков), с временным разделением каналов, или радиосигналов с ФМн, МЧМ, ЧМн и ФМн, МЧМ, ЧМн с предмодуляционной фильтрацией, при передаче цифровой информации.
Для достижения указанного результата в многофункциональное устройство для формирования телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией для передачи аналогово-цифровой или цифровой информации, содержащее четвертый регистр памяти 6, восьмой регистр памяти 20, последовательно соединенные аккумулятор фазы 13 и второй сумматор 14, выход которого соединен с входом преобразователя фаза - амплитуда 15, последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь 17 и фильтр низких частот 18, последовательно соединенные генератор тактовой частоты 27 и схемы синхронизации 26, введены первый аналогово-цифровой преобразователь 1, выход которого соединен с входом 1 первого коммутатора 10, второй аналогово-цифровой преобразователь 2, выход которого соединен с входом 2 первого коммутатора 10, первый регистр памяти 3, выход которого соединен с входом 3 первого коммутатора 10, второй регистр памяти 4, выход которого соединен с входом 4 первого коммутатора 10, первый коммутатор 10, выход которого соединен с первым входом первого умножителя 11, третий регистр памяти 5, выход которого соединен с вторым входом первого умножителя 11, первый умножитель 11, выход которого соединен с первым сумматором 12, первый сумматор 12, выход которого соединен с входом аккумулятора фазы 13, четвертый регистр памяти 6, выход которого соединен с входом 1 второго коммутатора 25, пятый регистр памяти 7, выход которого соединен с входом 2 второго коммутатора 25, шестой регистр памяти 8, выход которого соединен с входом 5 второго коммутатора 25, седьмой регистр памяти 9, выход которого соединен с входом 6 второго коммутатора 25, второй коммутатор 25, выход 7 которого соединен с входом первого КИХ (конечной импульсной характеристикой) фильтра 24, первый КИХ фильтр 24, выход которого соединен с первым сумматором 12, восьмой регистр памяти 20, выход которого соединен с первым входом третьего коммутатора 21, девятый регистр памяти 22, выход которого соединен с вторым входом третьего коммутатора 21, третий коммутатор 21, выход которого соединен с входом второго КИХ фильтра 28, второй КИХ фильтр 28, выход которого соединен с вторым входом второго сумматора 14, десятый регистр памяти 23, выход которого соединен с первым входом второго умножителя 16, второй умножитель 16, выход которого соединен с входом цифроаналогового преобразователя 17 и первый вход с выходом преобразователя фаза - амплитуда 15, усилитель мощности 19, вход которого соединен с выходом фильтра низких частот 18, интерфейс программирования 29, связанный со входами регистров памяти 1-9, 20, 22, 23 и КИХ фильтров 24, 28.
На фиг. 1 изображена структурная схема многофункционального устройства для формирования телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией для передачи аналогово-цифровой или цифровой информации. На фиг. 2 изображена структура видеосигнала и радиосигнала двухпоточной телеметрической системы с АИМ-ЧМ и временным разделением каналов информации.
Многофункциональное устройство для формирования телеметрических радиосигналов с угловой модуляцией для передачи аналогово-цифровой или цифровой информации (фиг. 1) содержит: первый аналогово-цифровой преобразователь 1, второй аналогово-цифровой преобразователь 2, первый регистр памяти 3, второй регистр памяти 4, третий регистр памяти 5, четвертый регистр памяти 6, пятый регистр памяти 7, шестой регистр памяти 8, седьмой регистр памяти 9, первый коммутатор 10, первый умножитель 11, первый сумматор 12, аккумулятор фазы 13, второй сумматор 14, преобразователь фаза - амплитуда 15, второй умножитель 16, цифроаналоговый преобразователь 17, фильтр низких частот 18, усилитель мощности 19, восьмой регистр памяти 20, третий коммутатор 21, девятый регистр памяти 22, десятый регистр памяти 23, первый КИХ фильтр 24, второй коммутатор 25, схема синхронизации 26, генератор тактовой частоты 27, второй КИХ фильтр 28, интерфейс программирования 29.
Принцип работы многофункционального устройства заключается в следующем.
Вид формируемого телеметрического радиосигнала с двухпоточной АИМ-ЧМ, ММС, ФМн, ЧМн и ММС, ФМн, ЧМн с предмодуляционной фильтрацией выбирают с помощью первого, второго и третьего коммутаторов 10, 25, 21, а также программированием, с помощью интерфейса программирования 29, согласно выбранной модуляции и ее характеристик, первого, второго, третьего, четвертого, пятого, шестого, седьмого, восьмого, девятого регистров памяти 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 20, 22 и программированием параметров КИХ фильтров 24, 28.
N
Основой многофункционального устройства является синтезатор прямого синтеза, состоящий из аккумулятора фазы 13, второго сумматора 14, преобразователя фаза - амплитуда 15, второго умножителя 16, цифроаналогового преобразователя 17, фильтра низких частот 18. Аккумулятор фазы 13, который выполняется по схеме накапливающего сумматора, формирует на выходе линейно увеличивающийся, по фронту сигнала fт генератора тактовой частоты 27, цифровой код. Через 2 тактов fт аккумулятор фазы 13 переполняется и сбрасывается в начальное состояние. Такое периодическое переполнение соответствует периодическому закону изменения мгновенной фазы синусоидального сигнала с периодом 2π. Цифровой код М, поступающий с первого сумматора 12 на аккумулятор фазы 13, формирует дополнительную добавку, которая регулирует шаг приращения фазы за один такт fт, т.е. определяет скорость переполнения аккумулятора фазы или в конечном счете частоту выходного сигнала согласно формуле
где М - код шага приращения фазы;
N - разрядность аккумулятора фазы 13;
fт - частота генератора тактовой частоты 27.
Код с выхода аккумулятора фазы 13, через дополнительный второй сумматор 14, поступает на преобразователь фаза - амплитуда 15, который преобразует код мгновенной фазы в изменяющийся по синусоидальному закону цифровой код амплитуды выходного сигнала U(t), который будет преобразован цифроаналоговым преобразователем 17 в реальный аналоговый сигнал, состоящий из «ступенек» длительностью Тт=1/fт и после фильтрации фильтром низких частот 18 приобретает чистую синусоидальную форму и затем усиливается по мощности усилителем мощности 19. Второй сумматор 14 позволяет осуществлять прибавление дискретного числа к коду фазы с выхода аккумулятора фазы 13, тем самым позволяя формировать манипуляцию фазы (ФМн) радиосигнала 0-π. Включенный между преобразователем фаза - амплитуда 15 и цифроаналоговым преобразователем 17 второй умножитель 16 позволяет изменять значение амплитуды выходного сигнала с выхода цифроаналогового преобразователя.
Для формирования радиосигнала с двухпоточной АИМ-ЧМ с временным разделением каналов информации на вход ВМ устанавливается код логического «0». Потоки телеметрической информации ЧМ1 и ЧМ2, как показано на графиках а), b) фиг. 2, поступают на первый аналогово-цифровой преобразователь 1 и второй аналогово-цифровой преобразователь 2, где происходит преобразование аналоговой формы сигнала в цифровые коды пропорционально амплитудам сигналов ЧМ1, ЧМ2. Необходимо привести эти коды в соответствие с кодом М, необходимым для управления аккумулятором фазы 13 с целью формирования частот ЧМ сигнала согласно формуле
где Ч1, Ч2 - цифровые коды на выходах первого аналогово-цифрового преобразователя 1 и второго аналогово-цифрового преобразователя 2;
К - цифровой код коэффициента, задающего шаг изменения частоты сигнала U(t), определяемый исходя из значения девиации частоты и разрядности выходного кода АЦП, и программируется в третий регистр памяти 5;
Р1 и Р2 - коды начальных частот fн1 и fн2 потоков АИМ-ЧМ модулированного сигнала, где fн1 и fн2 равны несущим частотам первого и второго потоков минус значение девиации частоты, и программируются в четвертый и пятый регистры памяти 6, 7.
Таким образом изменения значений кодов Ч1, Ч2, согласно входной аналоговой информации, формирует новые значения М и соответственно меняет частоту выходного сигнала U(t) каждого потока. Для выбора потока информации, который будет передаваться в текущее время, формирования временного разделения каналов информации каждого потока, формирования АИМ каждого потока используется управляющий сигнал ВП - выбор потока. В зависимости от значений логического «0» или «1» сигнала ВП первый и второй коммутаторы 10, 25 попеременно меняют коды Ч1 и Ч2 и Р1 и Р2 в формуле (2). При этом попеременно меняется частота сигнала U(t) с потока ЧМ1 на поток ЧМ2, как изображено на графике d) фиг. 2. Информационные сигналы ЧМ1, ЧМ2 могут быть как аналоговые, т.е. принимать любые значения амплитуд в заданных границах, так и цифровые, т.е. принимать дискретные уровни.
Для формирования радиосигнала с модуляцией ММС и ММС с предмодуляционной фильтрацией на вход ВМ подается код логической «1». В первый и второй регистры памяти 3, 4 программируется код логического «0». В шестой регистр памяти 8 программируется код, соответствующий коду М, для формирования частоты радиосигнала fвых1, исходя из следующей формулы, со знаком +:
где fн - значение несущей частоты радиосигнала, МГц;
R - информативность передачи информации, Мбит/с;
m - индекс модуляции, для ММС равен 0,5;
fвых1 - верхняя частота радиосигнала, соответствующая передаче логической «1» данных;
fвых0 - нижняя частота радиосигнала, соответствующая передаче логического «0» данных.
В седьмой регистр памяти 9 программируется цифровой код, соответствующий коду М, для формирования частоты радиосигнала fвых0, исходя из формулы (3), со знаком минус. Информационный цифровой сигнал подается на вход ВП. При этом с помощью второго коммутатора 25 происходит коммутация выходных кодов шестого и седьмого регистров памяти 8, 9 на выход второго коммутатора 25, тем самым изменяются значения Р1(0) на входе первого сумматора 12 и соответственно М, так как в данном случае М=Р1(0),
где Р1 - код, поступающий с седьмого регистра памяти 9 и соответствующий передаче логической «1»;
Р0 - код, поступающий с шестого регистра памяти 8 и соответствующий передаче логического «0».
При формировании радиосигнала с ММС и предмодуляционной фильтрацией программируется первый КИХ фильтр 24 на заданную длительность импульсной характеристики, при этом переход кодов с Р0 на Р1 происходит не скачком, а плавно, ступенями длительностью Тт=1/fт, что улучшит спектральные характеристики радиосигнала.
Для формирования радиосигнала с модуляцией ЧМн и ЧМн с предмодуляционной фильтрацией отличие от формирования радиосигнала с модуляцией ММС и ММС с предмодуляционной фильтрацией заключается в том, что в формуле (3) значение m выбирается отличное от 0,5 и соответственно значения fвых1 и fвых0 получаются иные, что потребует программирования иных значений кодов Р1(Р0) в шестой и седьмой регистры памяти 8, 9.
Для формирования радиосигнала с модуляцией ФМн и ФМн с предмодуляционной фильтрацией на входы ВМ и ВП устанавливаются коды логической «1». Во второй регистр памяти 4 программируется код с числом 0, в седьмой регистр памяти 9 программируется код равный значению M для формирования несущей частоты радиосигнала. Как описано ранее, для формирования манипуляции фазы радиосигнала между аккумулятором фазы 13 и преобразователем фаза - амплитуда 15 включен второй сумматор 14, на вход которого, посредством третьего коммутатора 21, коммутируются коды с восьмого и девятого регистром памяти 20, 22, которые в результате суммирования с кодом с выхода аккумулятора фазы приводят к скачкообразному переключению мгновенной фазы сигнала на 0-π радиан. Управление третьим коммутатором 21 осуществляется сигналом Инф.ФМн, который является информационным. Для формирования радиосигнала с модуляцией ФМн с предмодуляционной фильтрацией между третьим коммутатором 21 и вторым сумматором 14 располагается второй КИХ фильтр 28, который позволяет, согласно величине длительности импульсной характеристики, подавать коды с восьмого и девятого регистров памяти 20, 22 на второй сумматор 14 не скачком, а плавно, в действительности ступенчато. Соответственно в радиосигнале переключение фазы 0-π будет плавно, что улучшит спектральные характеристики радиосигнала.