Имитатор радиосигналов

Авторы патента:

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности, к средствам имитации радиосигналов с программной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), и может быть использована для создания средств радиоконтроля на этапе испытаний, а также обучения операторов таких средств. Технический результат состоит в расширении видов радиосигналов, формируемых в имитаторе за счет формирования сигналов с ППРЧ. Имитатор радиосигналов содержит последовательно соединенные генератор сигналов, умножитель частоты, цифро-аналоговый преобразователь, фильтр нижних частот и устройство коммутации, выход которого является выходом имитатора радиосигналов, а также последовательно соединенные устройство управления, запоминающее устройство, накапливающий сумматор и постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, а также валкодер и индикатор, при этом вход индикатора и второй вход устройства коммутации объединены и соединены со вторым выходом устройства управления, вход которого соединен с выходом валкодера, кроме того второй вход накапливающего сумматора объединен с первым входом цифро-аналогового преобразователя. Имитатор радиосигналов позволяет синтезировать на основе прямого цифрового синтеза сигнал с ППРЧ.

В настоящее время широкое распространение получили средства радиосвязи с ППРЧ. Такие сигналы могут использоваться с различными видами модуляции при скорости перестройки от единиц скачков в секунду до нескольких тысяч. Для создания средств радиоконтроля и подготовки операторов таких средств, в качестве источников радиоизлучения необходимо использовать средства радиосвязи с ППРЧ. Высокая стоимость средств радиосвязи с ППРЧ, а также широкая номенклатура таких устройств существенно затрудняет их использование в качестве средств подыгрыша при разработке аппаратуры радиоконтроля и тренировки операторов. Поэтому для решения этих задач является перспективным замена реальных средств радиосвязи с ППРЧ, их имитаторами, которые формируют различные виды сигналов с заданными параметрами и имеют более низкую стоимость.

Известен имитатор навигационных сигналов [Россия, патент 123976, G01S 7/40, 2013] навигационных космических аппаратов предназначенный для формирования радиосигналов одного вида сходных по структуре с сигналами излучаемыми такими устройствами.

Известно устройство для имитации периодических сигналов переменной частоты [патент EP 030053, G01S 7/40, 1981]. Оно состоит из генератора синхросигнала предопределенной частоты, устройства управления, управляемого делителя, ЭВМ и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Недостатком устройства является то, что оно обеспечивает формирование сигнала только синусоидальной формы и не позволяет формировать сигналы различных видов модуляций и параметров.

Наиболее близким к заявляемой модели является имитатор радиосигналов [Россия, патент 2207586, G01S 7/02, 2001], принятый за прототип.

Имитатор радиосигналов содержит генератор сигнала опорной частоты, умножитель частоты, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), ЦАП, фильтр нижних частот (ФНЧ), запоминающее устройство (ЗУ), устройство управления. Данное устройство обеспечивает имитацию нескольких заданных видов радиосигналов с различными параметрами.

Недостатками устройства являются отсутствие возможности формирования сигналов с ППРЧ.

Технический результат состоит в расширении видов радиосигналов, формируемых в имитаторе за счет реализации сигналов с ППРЧ.

Этот результат достигается тем, что в имитатор радиосигналов, содержащий последовательно соединенные генератор сигналов, умножитель частоты, ЦАП и ФНЧ, а также последовательно соединенные устройство управления и ЗУ, а также ПЗУ, выход которого соединен со вторым входом ЦАП, дополнительно введены устройство коммутации, валкодер, индикатор и накапливающий сумматор, первый вход которого соединен с выходом ЗУ, а выход со входом ПЗУ, вход индикатора и второй вход устройства коммутации объединены и соединены со вторым выходом устройства управления, первый вход устройства коммутации, выход которого является выходом имитатора радиосигналов, соединен с выходом ФНЧ, вход устройства управления соединен с выходом валкодера, второй вход накапливающего сумматора объединен с первым входом ЦАП.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства.

На фиг. 2 представлена структурная схема устройства управления.

Имитатор радиосигналов состоит из следующих функциональных узлов:

1 - генератор сигналов;

2 - умножитель частоты;

3 - устройство управления;

4 - ЗУ;

5 - накапливающий сумматор;

6 - ПЗУ;

7 - ЦАП;

8 - ФНЧ;

9 - устройство коммутации;

10 - валкодер;

11 - индикатор.

Заявляемая модель содержит последовательно соединенные генератор сигналов 1, умножитель частоты 2, ЦАП 7 и ФНЧ 8, а также последовательно соединенные устройство управления 3 и ЗУ 4, а также ПЗУ 6, выход которого соединен со вторым входом ЦАП 7, отличающаяся тем, что в нее введены устройство коммутации 9, валкодер 10, индикатор 11 и накапливающий сумматор 5, первый вход которого соединен с выходом ЗУ 4, а выход со входом ПЗУ 6, вход индикатора 11 и второй вход устройства коммутации 9 объединены и соединены со вторым выходом устройства управления 3, первый вход устройства коммутации 11, выход которого является выходом имитатора радиосигналов, соединен с выходом ФНЧ 8, вход устройства управления 3 соединен с выходом валкодера 10, второй вход накапливающего сумматора 5 объединен с первым входом ЦАП 7.

Устройство управления 3 может быть выполнено в виде устройства (фиг. 2), имеющего в своем составе три адаптера 12.1-12.3, канал общего пользования (КОП) 13, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 14 и контроллер 15.

При этом адаптеры 12.1-12.3 обеспечивают связь следующим образом:

12.1 - связь КОП 13 с валкодером 10;

12.2 - связь КОП 13 с устройством коммутации 9 и индикатором 11;

12.3 - связь КОП 13 с ЗУ 4.

ППЗУ 14 предназначено для хранения значений кодов частот формируемого радиосигнала с ППРЧ, кодов вида модуляции, кодов шага перестройки по частоте и диапазона перестройки.

Контроллер 15 предназначен для подачи в определенные моменты времени, обусловленные программно заложенным в контроллер алгоритмом работы, управляющих команд на ППЗУ для подачи на вход ЗУ 4 значений кодов частот формируемого радиосигнала с ППРЧ, кодов вида модуляции, кодов шага перестройки по частоте и диапазона перестройки через КОП 13 и адаптер 12.3.

Программа управления устройством управления 3 может быть создана с использованием объектно-ориентированного подхода и должна обеспечивать решение следующих задач:

- осуществлять опрос состояния валкодера 10 о включенном режиме работы и соответствующих ему параметрах формируемого сигнала (центральная частота группового набора, вид модуляции, количество частот в групповом наборе, шаг перестройки по частоте и диапазон перестройки);

- осуществлять передачу кодов частот формируемого радиосигнала с ППРЧ, кодов вида модуляции, кодов шага перестройки по частоте, длительности формирования сигнала на одной частоте и диапазона перестройки в ЗУ 4;

- производить передачу для отображения на индикатор 11 информации о включенном режиме работы и соответствующих ему параметрах формируемого сигнала;

- осуществлять управление состоянием устройства коммутации 9 (открыто или закрыто).

Валкодер 10 предназначен для передачи в устройство управления 3 кода режима работы и информации о соответствующих ему параметрах формируемого радиосигнала.

Имитатор радиосигнала работает следующим образом.

С выхода генератора сигналов 1 синхросигнал опорной частоты F_T поступает на вход умножителя частоты 2, в котором осуществляется его умножение на коэффициент к, определяемый конкретным вариантом реализации умножителя частоты. После этого синхросигнал с частотой с выхода умножителя частоты 2 одновременно поступает на второй вход накапливающего сумматора 5 и первый вход ЦАП 7. С выхода валкодера 10 на вход устройства управления 3 поступает код для включения соответствующего режима работы и соответствующих ему параметров формируемого сигнала. После этого со второго выхода устройства управления 3 информация о выбранном режиме работы и, соответствующих ему параметрах сигнала поступает на индикатор 11, кроме того, на индикатор 11 поступает информация о состоянии устройства коммутации 9 (закрыто или открыто). Синтез сигнала с ППРЧ заключается в формировании выходного колебания на различных частотах f_i с ограниченным временем излучения на данной частоте, определяемой заданной скоростью перестройки по частотам. После окончания интервала времени отведенного для излучения на первой частоте f₁ из заданного списка частот осуществляется формирование колебания на другой частоте f_j по псевдослучайному закону. При этом последовательность смены частот определяется устройством управления 3 программно. Формирование колебания на конкретной частоте f_i в заданный момент времени заключается в формировании на выходе имитатора радиосигналов последовательности дискретных отсчетов, соответствующих определенным значениям фазовых сдвигов, с последующим цифроаналоговым преобразованием при помощи ЦАП 7 и фильтрацией с помощью ФНЧ 9.

Для этого с первого выхода устройства управления 3 на ЗУ 4 подается код частоты K синтезируемых колебаний. С выхода ЗУ 4 код частоты K синтезируемых колебаний поступает на вход накапливающего сумматора 5 и на первом такте работы записывается в нем. На последующих тактах работы код частоты K_(i+1) синтезируемых колебаний, поступающий на первый вход накапливающего сумматора 5 складывается со значением предыдущего кода частоты K_(i+1)= K_(i)+ K_(i-1). Каждый последующий такт будет увеличивать двоичное число, записанное в накапливающем сумматоре 5, на постоянную добавку K. После превышения объема накапливающего сумматора 5 рабочий цикл повторяется.

Таким образом, выходной код накапливающего сумматора 5 представляет собой код мгновенной фазы _d выходного колебания. Чем раньше происходит переполнение накапливающего сумматора 5, тем быстрее изменяется фаза во времени и тем больше частота f_i генерируемого колебания. При этом взаимосвязь частоты генерируемого колебания f_i и мгновенного значения фазы _d определяется следующим выражением , где _d=1, 2, 2ⁿ, n - разрядность накапливающего сумматора 5 [http://www.wubblick.com].

После этого, с выхода накапливающего сумматора 5 сформированный код частоты K, который одновременно является соответствующим значением фазы _d, поступает на вход ПЗУ 6, в котором записаны цифровые значения амплитуд функции sin. При этом, код частоты K является адресом для ПЗУ 6, а соответственно, аргументом функции sin. Таким образом, выходной код ПЗУ 6 равен значению функции sin для данного аргумента y=sin(_d). С выхода ПЗУ 6 код значения функции sin для заданного аргумента поступает на второй вход ЦАП 7, на выходе которого выбранные значения функции sin преобразуются в аналоговое напряжение. С выхода ЦАП 7 последовательность амплитудно-модулированных импульсов поступает на ФНЧ 8, который осуществляет выделение первой гармоники. Таким образом, на выходе ФНЧ 8 формируется сигнал заданной частоты f_i. После этого сигнал с выхода ФНЧ 8 через второй вход устройства коммутации 9 проходит на выход имитатора радиосигналов. По окончании интервала времени, отводимого программой управления устройства управления 3 для формирования сигнала на частоте f_i процесс формирования сигнала для следующего интервала времени повторяется для частоты f_j. Таким образом, происходит формирование сигнала с ППРЧ.

Устройство коммутации 9 может быть реализовано на основе электромагнитного высокочастотного герконового реле, управляемого кнопочным переключателем, например РЭС-18.

Валкодер 10 может быть выполнен в виде механического инкрементного валкодера серии РЕС 11 фирмы BOURNS [http://www.stas633.narod.ru/ProVse/Valcoder/Encoder.html].

Устройство управления 3 может быть выполнено на основе микроконтроллера, например ATmega16 [http://www.atmel.com/devices/atmega16.aspx].

Умножитель частоты 2, ЗУ 4, накапливающий сумматор 5, ПЗУ 6 и ЦАП 7 могут быть выполнены в виде синтезатора частот прямого цифрового синтеза, например AD9851 [http://www.analogxom/ru/rfif-components/direct-digital-synthesis-dds/ad9851/products/product.html].

Генератор сигналов 1 может быть реализован на основе генератора, например KXO-V97 [http://www.compel.ru/infosheet/GEYER/KXO-V97%2050.0%20MHz/].

ФНЧ 8 представляет собой фильтр нижних частот с частотой среза 70 МГц и может быть реализован на основе фильтра Чебышева 11 порядка.

Индикатор 11 предназначен для отображения параметров формируемых сигналов и состояния устройства коммутации 10, и может быть выполнен на основе LCD индикатора WH1602B [http://www.compel.ru/infosheet/WINSTAR/WH1602B-YGK-CTK/].

Таким образом, имитатор радиосигналов позволяет синтезировать на основе прямого цифрового синтеза сигнал с ППРЧ.

Имитатор радиосигналов, содержащий последовательно соединенные генератор сигналов, умножитель частоты, цифро-аналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, последовательно соединенные устройство управления и запоминающее устройство, а также постоянное запоминающее устройство, выход которого соединен со вторым входом цифро-аналогового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены устройство коммутации, валкодер, индикатор и накапливающий сумматор, первый вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, а выход со входом постоянного запоминающего устройства, вход индикатора и второй вход устройства коммутации объединены и соединены со вторым выходом устройства управления, первый вход устройства коммутации, выход которого является выходом имитатора радиосигналов, соединен с выходом фильтра нижних частот, вход устройства управления соединен с выходом валкодера, второй вход накапливающего сумматора объединен с первым входом цифро-аналогового преобразователя.