Система встроенного контроля бортового ретранслятора
ON-BOARD REPEATER BUILT-IN CONTROL SYSTEM

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в бортовых ретрансляторах фазоманипулированных сигналов, использующих приемопередатчики с приемниками прямого преобразования частоты.
Известна система встроенного контроля (СВК), используемая в ретрансляторе «Молния-1» [«Основы построения телекоммуникационных систем и сетей». Рис. 9.15. Электронный ресурс. http://siblec.ru/index], выбранная за аналог.
Данная СВК построена на основе имитатора сигналов с несущей частотой земных станций, контрольно-измерительного устройства, измеряющего параметры сигнала передатчика, и программно-временного устройства, управляющего работой этой системы.
Недостатками данной системы-аналога являются:
- сложность создания имитатора сигналов с несущей частотой земных станций и фазовой манипуляцией тестовыми кодами, формирующего всю сетку рабочих частот;
- сложность создания контрольно-измерительного устройства, обеспечивающего контроль уровня мощности и достоверность тестовых кодов фазоманипулированных сигналов передатчика;
- функциональная и схемно-техническая сложность системы в целом, приводящая к снижению массо-габаритных характеристик и увеличению энергопотребления,
Известна СВК, использованная в приемопередающем устройстве бортового ретранслятора фазоманипулированных сигналов с приемником прямого преобразования частоты [С.М. Гаранин, С.В. Зозуля, И.А. Илларионов, А.Л. Кунилов. Приемопередающее устройство ретранслятора с бортовой обработкой сигналов. Сборник материалов XXV Международной научно-технической конференции «Информационные системы и технологии - 2019». Электронный ресурс. Н. Новгород, Нижегород. гос. техн. ун-т им. Р.Е. Алексеева, 2019. С. 193-198], выбранная за прототип.
Сущность системы-прототипа состоит в получении тестового сигнала путем сдвига гетеродинированием частот передатчика в диапазон частот приемника. Функциональная схема данной СВК приведена на фиг. 1 и содержит в своем составе: первый аттенюатор 1; смеситель 2; синтезатор частоты 3; полосно-пропускающий фильтр 4; второй аттенюатор 5; отключатель СВК 6. Управление СВК осуществляется кодами и командами, поступающими с блока управления и синхронизации (БУС) ретранслятора (на схеме фигуры 1 не показан).
Система-прототип работает следующим образом.
Часть выходного сигнала передатчика через аттенюатор 1, устанавливающий оптимальный уровень входной мощности для СВК, поступает на вход смесителя 2, гетеродинный сигнал для которого поступает с синтезатора частоты 3. Частоты синтезатора частоты 3 устанавливаются кодами, поступающими с БУС, и определяются сетками частот приемника и передатчика. С выхода смесителя 2 сигнал промежуточной частоты, равной частоте приемного сигнала, фильтруется полосно-пропускающим фильтром 4 и после ослабления во втором аттенюаторе 5 до уровня мощности, находящегося в динамическом диапазоне приемника, подается в находящийся в открытом состоянии отключатель СВК 6, управляемый командами, поступающими с БУС. С выхода отключателя СВК 6 сформированный тестовый сигнал попадает в приемник.
Недостатками системы-прототипа являются:
- функциональная сложность схемы построения, приводящая к низким массо-габаритным характеристикам;
- значительное энергопотребление;
- внешнее управление частотой тестового сигнала;
- пониженная надежность.
Первый недостаток обусловлен применением в качестве гетеродина высокостабильного перестраиваемого цифровым способом по частоте синтезатора частоты, являющегося достаточно сложным в разработке устройством с низкими массо-габаритными характеристиками.
Второй недостаток обусловлен применением синтезатора частоты, общий КПД которого, как правило, не превышает 1%.
Третий недостаток обусловлен необходимостью формирования на этапе регулировки и последующего хранения в памяти БУС массива цифровых данных для установки в синтезаторе частоты сетки гетеродинных частот.
Четвертый недостаток обусловлен применением синтезатора частоты, являющегося наименее надежным электронным компонентом данной СВК.
Техническим результатом предлагаемого изобретения являются функциональная простота схемы построения системы встроенного контроля, малые габариты и масса, экономичность, отсутствие внешнего управления частотой тестового сигнала, повышенная надежность.
Технический результат достигается тем, что в системе встроенного контроля бортового ретранслятора, включающего в себя приемопередатчик с приемником прямого преобразования частоты, содержащей первый аттенюатор, последовательно включенные второй аттенюатор и отключатель системы встроенного контроля, введены дополнительно: квадратурный смеситель, сигнальный вход которого подключен к выходу первого аттенюатора, гетеродинный вход подключен к одному из выходов синтезатора частоты передатчика; первый и второй фильтры низкой частоты, вход каждого из которых подключен соответственно к первому и второму выходам квадратурного смесителя; квадратурный фазовый манипулятор, к первому и второму модулирующим входам которого подключены выходы соответственно первого и второго фильтров низкой частоты, к сигнальному входу подключен один из выходов синтезатора частоты приемника, а его выход подключен к входу второго аттенюатора.
Функциональная схема системы-прототипа приведена на фигуре 1.
На схеме, приведенной на фигуре 1, приняты следующие обозначения:
1 - первый аттенюатор (Атт1);
2 - смеситель (СМ);
3 - синтезатор частоты (СЧ);
4 - полосно-пропускающий фильтр (ППФ);
5 - второй аттенюатор (Атт2);
6 - отключатель СВК (ОСВК).
Функциональная схема предлагаемой СВК приведена на фигуре 2.
На фигуре 2 приняты следующие обозначения:
1 - первый аттенюатор (Атт1);
7 - квадратурный смеситель (КСМ);
8 - первый фильтр низкой частоты (ФНЧ1);
9 - второй фильтр низкой частоты (ФНЧ2);
10 - квадратурный фазовый манипулятор (КФМ);
5 - второй аттенюатор (Атт2);
6 - отключатель СВК (ОСВК).
Схема включения предлагаемой СВК в приемопередатчик с приемником прямого преобразования частоты приведена на фигуре 3.
На фигуре 3 приняты следующие обозначения:
1 - первый аттенюатор (Атт1);
5 - второй аттенюатор (Атт2):
6 - отключатель СВК (ОСВК);
7 - квадратурный смеситель (КСМ);
8 - первый фильтр низкой частоты (ФНЧ1);
9 - второй фильтр низкой частоты (ФНЧ2);
10 - квадратурный фазовый манипулятор (КФМ);
11 - приемник (ПРМ);
12 - отключатель приемной антенны (ОА1);
13 - первый направленный ответвитель (НО1);
14 - усилительный тракт приемника (УТП);
15 - квадратурный смеситель приемника (КСМ-1);
16 - первый фильтр низкой частоты приемника (ФНЧ1-1);
17 - второй фильтр низкой частоты приемника (ФНЧ2-1);
18 - синтезатор частоты приемника (СЧ ПРМ);
19 - передатчик (ПРД);
20 - синтезатор частоты передатчика (СЧ ПРД);
21 - квадратурный фазовый манипулятор передатчика (КФМ-1);
22 - многокаскадный усилитель мощности (МУМ);
23 - второй направленный ответвитель (НО2);
24 - отключатель передающей антенны (ОА2);
25 - СВК.
На схеме фиг. 3 видно, что вход СВК 25 подключен к выходу 2 второго направленного ответвителя 23, установленного перед отключателем передающей антенны 24, а выход СВК 25 подключен к выходу 2 первого направленного ответвителя 13, установленному после отключателя приемной антенны 12. Гетеродинный сигнал для квадратурного смесителя 7 поступает с выхода 2 синтезатора частоты передатчика 20, а входной сигнал для квадратурного фазового манипулятора 10 поступает с выхода 2 синтезатора частоты приемника 18.
Предлагаемая СВК функционирует в составе ретранслятора в следующем порядке.
В режиме «Контроль» отключатель передающей антенны 24 отключает передатчик 19 от передающей антенны, отключатель приемной антенны 12 отключает приемник 11 от приемной антенны, а отключатель СВК 6 подключает СВК к входу приемника 11 через первый направленный ответвитель 13.
С БУС на квадратурный фазовый модулятор передатчика 21 поступает тестовая кодовая последовательность манипуляции фазы. Полученный непрерывный фазоманипулированный сигнал с выхода 2 второго направленного ответвителя 23 через первый аттенюатор 1 поступает на вход квадратурного смесителя 7, для которого гетеродинный сигнал снимается с выхода 2 синтезатора частоты передатчика 20. На выходе фильтров низкой частоты 8, 9 выделяются квадратурные составляющие огибающей, которые поступают на модулирующие входы квадратурного фазового манипулятора 10, на сигнальный вход которого поступает непрерывный сигнал с выхода 2 синтезатора частоты приемника 18. В результате на выходе квадратурного фазового манипулятора 10 образуется тестовый фазоманипулированный сигнал с частотой настройки приемника, при этом код манипуляции его фазы соответствует тестовому коду фазы, поступившему с БУС на квадратурный фазовый манипулятор передатчика 21. После усиления тестового сигнала в усилительном тракте приемника 14 и фазового детектирования квадратурным смесителем приемника 15 на выходах фильтров низкой частоты приемника 16, 17 получаем кодовую последовательность манипуляции фазы, которая далее сравнивается с тестовой кодовой последовательностью манипуляции фазы, поступившей на модулирующие входы квадратурного фазового манипулятора передатчика 21. При совпадении этих последовательностей принимается решение об исправности ретранслятора.
Таким образом, предлагаемая СВК, по сравнению с прототипом, имеет следующие особенности:
- отсутствует перестраиваемый по частоте синтезатор частоты;
- частота тестового сигнала всегда совпадает с частотой настройки приемника;
- в связи с отсутствием синтезатора частоты исключены требования к БУС по формированию и хранению кодов управления его частотой;
- более высокая надежность по сравнению с надежностью контролируемых передатчика и приемника.
Применение в бортовом ретрансляторе фазоманипулированных сигналов, использующем приемопередатчик с приемником прямого преобразования частоты, системы встроенного контроля, построенной по принципу формирования тестового сигнала из части сигнала гетеродина приемника путем фазовой манипуляции этой части сигнала демодулированным сигналом передатчика, позволяет, по сравнению с прототипом:
- упростить схему построения СВК;
- улучшить массо-габаритные характеристики;
- снизить энергопотребление;
- исключить внешнее управление частотой тестового сигнала;
- повысить надежность.
Таким образом, предлагаемая система встроенного контроля бортового ретранслятора, включающего в себя приемопередатчик с приемником прямого преобразования частоты, обладает рядом существенных преимуществ перед аналогом и прототипом.