ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АППАРАТУРНО-ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к пеленгаторам для определения углов прихода, параметров поляризации, доплеровского смещения частоты радиосигнала, отраженного от ионосферы, использующего антенную систему, включающую в себя многомодовые антенны.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является комплекс, состоящий из антенно-фидерной системы, радиотехнической системы, аппаратно-вычислительной системы, системы точного времени и частоты, [1], (прототип).
Недостатком прототипа является:
- Устаревшая элементная база.
- Одноканальный прием не позволяет исследовать влияние ориентации и протяженности радиотрасс на структуру ионосферных радиосигналов дека-метрового диапазона;
- Наличие одной приемной антенны не позволяет проводить исследования поляризационной эффективности разрабатываемых антенн.
- Время переходных процессов в радиоприемном устройстве ограничивает скорость коммутации антенн.
Задачей полезной модели является создание радиотехнического комплекса для измерения углов прихода, параметров поляризации, доплеровского смещения частоты радиосигнала, отраженного от ионосферы, а так же:
- Замена устаревшей элементной базы.
- Обеспечение многоканальных измерений;
- Создать различные типы приемных антенн для исследования поляризационной эффективности разрабатываемых антенн.
- Создание пакета программ для многоканальной регистрации и обработки сигналов.
Для решения данной задачи предлагается комплекс, структурная схема которого изображена на фигуре 1, которая состоит из следующих систем:
c
- Антенно-фидерной системы (АФС) (1), предназначенной для преобразования энергии приходящих электромагнитных волн в электрические сигналы f, пропорциональные проекциям вектора электрического поля волны;
2пч
- Многоканальной радиоприемной системы (МРС) (2), обеспечивающей фильтрацию, основное усиление и двойное преобразование частоты принимаемых радиосигналов f;
- Системы управления и регистрации (СУР) (3), предназначенной для управления элементами комплекса (формирования напряжений коммутации
коммут
ару
чacm
антенных коммутаторов U, напряжений регулировки коэффициента усиления Uи напряжений установки частоты настройки U радиоприемных устройств), регистрации и обработки сигналов, а также последующего хранения результатов измерений;
синхр
опорн
такт
отсч
- Системы точного времени и частоты (СТВЧ) (4), обеспечивающей формирования сигналов синхронизации f, опорной f и тактовой f частоты, а также сигналов точного времени Т;
тест
- Системы тестовых сигналов (СТС) (5), предназначенной для формирования тестовых сигналов f в режиме настройки и тестирования систем комплекса.
АФС комплекса (фигура.2) состоит из антенн трех типов, антенных разветвителей (АР 1(6), АР2(7)) и коммутаторов (АК1(8), АК2(9)). Коротковолновый поляриметр (а) предназначен для проведения измерений параметров поляризации радиосигналов. Ненаправленная антенна (б) используется при проведении настроечных работ, а также при измерении доплеровского смещения несущей частоты радиосигналов. Триортогональная антенна (в) позволяет проводить измерения параметров поляризации и углов прихода радиосигналов. Антенные разветвители AP1 и АР2 обеспечивают деление высокочастотного сигнала и позволяют подключить по четыре радиоприемных устройств к одной антенне. Антенный коммутатор АК1 реализует поочередное подключение лучей триортогональной антенны к антенному коммутатору АК2, который обеспечивает подключение также ненаправленной антенны ко входу радиоприемного устройства. Напряжения коммутации для АК1 и АК2 формируются в СУР. В режиме тестирования высокочастотной части комплекса в качестве регистрируемых радиосигналов используются тестовые сигналы от СТС.
синхр
част
с
2пч
ару
МРС состоит из девяти идентичных радиоприемных каналов, один из которых представлен на фигуре 3. Основу канала составляет радиоприемное устройство (РПУ) (10) Р-399А, имеющее диапазон рабочих частот от 1 до 31,999 М Гц. Для обеспечения высокой стабильности настройки рабочей частоты на приемное устройство поступает сигнал синхронизации f=5М Гц от СТВЧ. Настройка рабочей частоты радиоприемного устройства может осуществляется в ручной режиме с панели приемника или в автоматическом от СУР по коду частоты U, представляющем собой 32-разрядный параллельный двоичный код напряжением ТТЛ-логики. Сигнал f, поступающий на вход радиоприемного устройства, подвергается усилению, фильтрации и двойному преобразованию частоты. С выхода радиоприемного устройства сигнал на частоте второй промежуточной f поступает в СУР. Усиление сигнала в радиоприемном устройстве определяется напряжением U, формируемом в СУР в диапазоне от 2 до 9 Вольт.
СТС состоит из высокочастотного генератора Г4-158 (11) и устройства формирования фазового сдвига (УФФС) (12) (фигура.4). Генератор Г4-158
c1
c2
c1
формирует сигнал заданной частоты f, который поступает в АФС и используется для проверки высокочастотной части комплекса (прохождение сигналов, определения фазовых задержек приемных каналов и т.д.). УФФС предназначено для формирования сигнала f, имеющего дополнительный фазовый сдвиг относительно f, при имитации приема сигналов различной
синхр
поляризации на скрещенные антенны поляриметра. Для обеспечения стабильности генерируемой частоты на генератор Г4-158 поступает сигнал синхронизации f=5М Гц от СТВЧ.
В состав СТВЧ комплекса входят (фигура. 5): стандарт времени и частоты Ч1-69 (16), синхрометр кварцевый 47-37 (13), генератор низкой частоты прецизионный Г3-110 (15) и размножитель сигнала синхронизации (Р) (14).
-11
опорн
синхр
такт
отсч
опорн
2пч
Ч1-69, имеющий относительную нестабильность частоты 10, генерирует опорный сигнал f для Ч7-37, который в свою очередь формирует сигнал синхронизации f=5М Гц, поступающий через размножитель Р на все элементы комплекса. Кроме того, Ч7-37 формирует сигнал f для СУР, частота которого определяется в зависимости от вида измерений, и код времени Т, представляющий собой 32-разрядный двоичный код ТТЛ-уровня, поступающий в СУР для фиксации момента регистрации сигнала. Генератор Г3-110 формирует сигнал опорной частоты f=f±2 Гц, поступающий в СУР.
ару
СУР состоит (фигура.6) из персональной электронно - вычислительной машины (ПЭВМ) (17), с установленным в ней 24 - разрядным регистром ввода - вывода PIO-24 (РВВ), устройства сопряжения (УС) (18) и анализатора спектра СК4-72 (АС) (19). ПЭВМ обеспечивает управление элементами комплекса в соответствии с алгоритмами регистрации сигналов (определяет необходимый уровень усиления V и частоты настройки радиоприемных
част
отсч
устройств U), фиксирование времени регистрации сигналов Т, обработку и сохранение результатов измерений. Анализатор спектра применяется для регистрации доплеровского смещения несущей частоты радиосигналов в реальном масштабе времени.
На фигуре. 7. Представлена схема устройства сопряжения, разработанного на базе модуля «КАМАК», и обеспечивающего связь ПЭВМ с элементами комплекса.
Основу УС составляет крейт - контролер (КК) (20), обеспечивающий формирование адресов обращения к крейтам связи (шина адреса ША), команд (шина команд ШК) и передачу двустороннюю передачу данных между ПЭВМ и крейтами связи (шина данных ШД). Связь крейта - контролера с ПЭВМ осуществляется через шину команд (ШК), подключенную к параллельному порту ПЭВМ, и шину данных (ШД), подключенную к регистру ввода-вывода PIO-24.
В состав УС также входят:
отсч
- крейт связи с синхрометром 47-37 (КСС) (21), для ввода в ПЭВМ времени регистрации отсчетов Т;
част
- крейт установки частот приемников (КУЧ) (22), формирующий код частоты настройки радиоприемного устройства U от ПЭВМ;
- крейт связи с анализатором спектра СК4-72 (КАС) (23), обеспечивающий ввод амплитудно-частотного спектра сигнала S(f) в ПЭВМ;
ару
- крейт формирования напряжений усиления радиоприемников (КАРУ) (24), формирующий напряжения уровня усиления РПУ U от ПЭВМ;
2пч
такт
детект
коммут
- крейт коммутации и преобразования сигналов (ККПС) (25), обеспечивающего коммутацию сигналов f от РПУ с частотой f от Ч3-37 и преобразование сигналов с МУС f в цифровой вид, а также формирования напряжений коммутации антенных коммутаторов U;
опорн
2пч
- модуль усиления сигналов (МУС) (26), обеспечивающий суммирования сигналов f от Г2-110 и f от ККПС, с последующим детектированием и усилением до уровня, обеспечивающего нормальную работу аналого-цифрового преобразователя в ККПС.
С помощью данного комплекса возможно производить регистрацию углов прихода, параметров поляризации, доплеровского смещения несущей частоты радиоволн отраженных от ионосферы, в многоканальном и круглосуточном режиме. А так же сравнивать качество приема радиосигналов на различные типы антенн. С помощью полученных данных становиться возможным повысить качество радиосвязи.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Комплекс «Ветер» Техническое описание г.Иркутск 1988 г. (прототип).
2. Афраймович Э.Л., Кобзарь В.А., Паламарчук К.С. Определение скорости перемещения интерференционной картины путем анализа трех взаимно ортогональных проекций вектора поля радиосигнала, ч. II эксперимент в KB диапазоне // Изв. ВУЗов Радиофизика. - 1999. - Т. XLII. - №1. - С.60-71.
3. Афраймович Э.Л., Ашкалиев Я.Ф., Беляев М.А., Выборов В.И., Лысак А.В., Удодов М.Ю. Вариации углов прихода КВ-радиосигнала на коротких трассах и среднемасштабные перемещающиеся ионосферные возмущения // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физики солнца. - М.: Наука, 1985. - Вып.73. - С.96-105.
4. Морган М., Эванс В. Антенны эллиптической поляризации/ Под ред. А.И.Шпунтова. - М.: Изд-во инстр.лит., 1961. - С.62-71.
5. А.с.650026 {СССР}. Способ измерения полного вектора поля/ Агафонников Ю.М., Афраймович Э.Л., Полиматиди В.П. Заявл. 03.05.77, №2482315// Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1979.-№8.-С.153.
6. А.с.832745 (СССР). Многоканальное приемное устройство/ Афраймович Э.Л. Заявл. 10.05.79, №2765613// Открытия, изобретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1981. - №19. - С.247.