Супергетеродинный приемник - система радиоконтроля изменяющихся по частоте коротких сигналов

Полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться в адаптивных системах радиосвязи для обнаружения изменяющихся по частоте, в том числе скачкообразно, коротких сигналов при приеме в широкой полосе пропускания.

Достигаемым результатом является повышение помехоустойчивости и обеспечение необходимой чувствительности и надежности приема коротких изменяющихся по частоте сигналов в широкой полосе пропускания а также улучшения электромагнитной совместимости и уменьшения времени обработки и регистрации коротких сигналов.

Достижение указанного результата обеспечивается в системе радиоконтроля изменяющихся по частоте коротких сигналов, содержащей радиоприемное устройство, на вход которого поступает аналоговый сигнал, и в котором осуществляется преобразование аналогового сигнала в сигнал ПЧ, аналогоцифровое преобразование и полосовая фильтрация, а также устройство обработки цифровых сигналов, в котором имеются последовательно соединенные буферное устройство, перестраиваемый приемник цифровых сигналов и ОЗУ, а также связанные между собой цифровой фильтр, блок сравнения и ЗУ, при этом соответствующие входы и выходы блоков устройства обработки цифровых сигналов соединены с соответствующими выходами и входами компьютера, при этом в радиоприемном устройстве системы на входе установлен усилитель-разветвитель, выходы которого подключены к n радиоприемным каналам, при этом каждый канал представляет собой радиоприемник супергетеродинного типа с цифровой обработкой сигнала, а выходы каждого из каналов подключены к соответствующим входам мультиплексора/демультиплексора, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами каждого канала, другие вход и выход мультиплексора/демультиплексора соединены соответственно с выходом и входом электроннооптического преобразователя, связанного с первым приемопередатчиком сигналов оптического диапазона, оптически связанного со вторым приемопередатчиком сигналов оптического диапазона, введенным в устройство обработки цифровых сигналов, а второй приемопередатчик сигналов оптического диапазона соединен с введенным оптоэлектронным преобразователем, связанным с введенным селектором принимаемых сигналов, соответствующие выходы которого соединены со входами буферного устройства и цифрового фильтра, а управляющий вход селектора принимаемых сигналов соединен с управляющим выходом компьютера.

Полезная модель относится к области радиотехники и может использоваться в адаптивных системах радиосвязи для обнаружения изменяющихся по частоте, в том числе скачкообразно, коротких сигналов при приеме в широкой полосе пропускания.

Известен многоканальный радиоприемник для одновременного приема множества скачкообразно изменяющихся сигналов (см.патент США 6049562, М.кл. Н04В 1/26, Н04В 1/713, Н04В 7/26, Н04В 1/62, Н04К 1/00, опубл. 11.04.2000 г.), используемый для работы с аналоговыми сигналами без их последующего преобразования в цифровую форму. Данный приемник содержит на входе широкополосный фильтр и усилитель, с выхода которого принятые и усиленные аналоговые сигналы поступают на перестраиваемые по частотным поддиапазонам фильтры, с выходов которых сигналы подаются на соответствующие преобразователи этих сигналов в сигналы промежуточной частоты (ПЧ), а затем - на соответствующие фильтры ПЧ, на выходе которых имеют место отфильтрованные аналоговые сигналы ПЧ.

Поскольку данный радиоприемник работает с аналоговыми выходными сигналами, возникают проблемы электромагнитной совместимости и низкой чувствительности радиоприема, что приводит к снижению помехоустойчивости. При такой структуре невозможно контролировать одновременно широкую полосу радиочастот.

Известен широкополосный радиоприемник, используемый в сотовых системах связи, который осуществляет избирательный прием сигналов со скачкообразно (быстро) изменяющимися частотами (см. патент США 2005239432, М.кл. H04J 1/00, Н04В 1/69, H04J 13/00, Н04В 1/713, H04L 27/26, H04J 1/00, Н04В 1/26, Н04В 1/16, Н04В 15/00, опубл. 27.10.2005 г.). Данный приемник содержит на входе широкополосный фильтр и усилитель, с выхода которого усиленные сигналы поступают на гребенку фильтров для их разделения по частотным поддиапазонам. Далее сигналы отдельных поддиапазонов поступают на соответствующие преобразователи несущей частоты, связанные с гетеродином, с выходов преобразователей сигналы, трансформированные в соответствующую частотную область, поступают на аналого-цифровые преобразователи (АЦП).

Данный приемник предназначен только для синхронной работы с радиопередатчиком системы связи.

При этом в нем осуществляется избирательный прием сигналов не одновременно в широкой полосе частот, а методом сканирования по частоте, и не предусмотрены средства для преселекции цифровых сигналов и их объединения в единый цифровой поток, что не позволяет осуществлять радиоконтроль одновременно в широкой полосе частот.Однако, в отличие от предыдущего аналога в нем производится преобразование аналоговых сигналов в цифровые, что улучшает чувствительность радиоприема и электромагнитную совместимость (ЭМС).

Известны способ и устройство обнаружения и автоматического приема коротких сигналов (см. заявку США 2004208239, М.кл. Н04В 1/38, Н04К 3/00, опубл. 21.10.2004 г.). Данные изобретения позволяют с помощью оператора анализировать широкую полосу высокочастотного (ВЧ) спектра, автоматически обнаруживать быстро изменяющиеся по частоте короткие сигналы, определять их новизну и осуществлять регистрацию коротких сигналов и их последующую обработку и анализ.

Для этого в устройстве на входе, куда поступает аналоговый сигнал, установлен понижающий (или повышающий) преобразователь (приемник или тюнер), который настроен на полосу ПЧ сигналов, далее широкополосный сигнал ПЧ с выхода преобразователя через полосовой фильтр поступает на аналоговый фильтр ПЧ, с которого он подается для оцифровки на вход АЦП, а с его выхода - цифровые отсчеты сигнала - в устройство обработки цифрового сигнала. В устройстве обработки цифрового сигнала отсчеты сигнала ПЧ разделяются на два одинаковых потока, один из которых проходит через перепрограммируемое логическое устройство, преобразующее отсчеты сигнала ПЧ из временной области в частотную, и на выходе этого устройства имеется обрабатываемый спектр. Этот спектр поступает на цифровой фильтр для цифровой фильтрации (усреднения) полученных цифровых отсчетов. Отфильтрованные спектральные отсчеты поступают на соответствующий вход компьютера, который отбирает основные спектры и хранит их (или маски) в базе данных (ЗУ). В устройстве имеется также блок сравнения, который непрерывно сравнивает поступающие сигналы с масками с уже имеющимися в базе данных для определения присутствия новых компонент в спектре ПЧ. Второй поток цифровых отсчетов ПЧ через буфер поступает на вход приемника узкополосных цифровых сигналов (тюнер), с которого потоки цифровых сигналов с пониженной частотой подаются в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ). Вход и выход ОЗУ связаны с соответствующими выходом и входом компьютера. На выходе устройства обработки цифрового сигнала формируется спектр реального времени, что позволяет обнаруживать присутствие ВЧ сигнала малой длительности.

В связи с тем, что в данной системе осуществляется одновременный радиоприем аналогового сигнала в широкой мгновенной полосе пропускания, она имеет низкую помехоустойчивость. Низкая помехоустойчивость обусловлена тем, что для обнаружения и радиоконтроля коротких быстро изменяющихся по частоте сигналов в широкой полосе

радиочастот требуется применять радиоприемные тракты с широким динамическим диапазоном (ДД), т.е. с высокой чувствительностью и одновременно с высокой верхней границей ДД, что и определяет, в значительной мере, помехоустойчивость приема. Однако, при существующей элементной базе высокую помехоустойчивость можно обеспечить относительно узкополосным радиоприемным трактом, т.е. для приема широкополосного сигнала необходимо использовать несколько узкополосных радиоприемников и затем осуществлять оцифровку, предварительную цифровую селекцию и мультиплексирование их выходных сигналов.

Поэтому, из-за нелинейности радиоприемного тракта и широкой полосы пропускания возрастают интермодуляционные помехи, что приводит к снижению чувствительности, а высокая энергия суммарного входного сигнала блокирует радиоприемный тракт и приводит к прекращению приема радиосигналов.

При передаче аналогового сигнала с выхода радиоприемного устройства на вход устройства цифровой обработки при помощи аналоговой линии возникают проблемы электромагнитной совместимости, которые приводят также к снижению чувствительности и помехоустойчивости устройства от влияния внешних и внутрисистемных радиопомех.

Кроме того, при разделении цифрового потока с выхода АЦП на два одинаковых цифровых потока без селекции коротких сигналов увеличивается время (уменьшается скорость) обработки и регистрации новых коротких сигналов так как в устройство сравнения поступают данные всех сигналов, а необходимо выделить только короткие сигналы.

Данное устройство выбрано за прототип.

Достигаемым результатом полезной модели является повышение помехоустойчивости и обеспечение необходимой чувствительности и надежности приема коротких изменяющихся по частоте сигналов в широкой полосе пропускания, снижение проблем ЭМС и уменьшение времени (увеличение скорости) обработки и регистрации коротких сигналов.

Достижение указанного результата обеспечивается в предлагаемой системе радиоконтроля изменяющихся по частоте коротких сигналов, содержащей радиоприемное устройство, на вход которого поступает аналоговый сигнал, в котором имеются последовательно соединенные преобразователь аналоговых сигналов в сигнал ПЧ и полосовой фильтр, АЦП, устройство обработки, блок сравнения и ЗУ, последовательно соединенные буферное устройство перестраиваемый приемник цифровых сигналов и ОЗУ, при этом управляющие входы ЗУ, ОЗУ и перестраиваемого приемника цифровых сигналов соединены с соответствующими выходами компьютера, соответствующие входы которого соединены с выходами ОЗУ, цифрового фильтра и блока сравнения, отличающейся тем, что, на

входе радиоприемного устройства установлен усилитель-разветвитель, вход которого, является входом радиоприемного устройства, а его выходы подключены к n радиоприемным каналам, причем n выбирают из условия: где f- ширина полосы частот выбранного диапазона,

a F - ширина полосы пропускания канала радиоприемного устройства, при этом каждый канал представляет собой радиоприемник супергетеродинного типа с цифровой обработкой сигнала, для чего в каждом канале на входе включен преселектор аналогового сигнала, выход которого соединен со входом преобразователя аналогового сигнала в сигнал ПЧ этого канала, выход преобразователя аналогового сигнала в сигнал ПЧ этого канала связан со входом полосового фильтра соответствующего канала, выход полосового фильтра каждого канала соединен со входом АЦП этого канала, выход цифрового сигнала АЦП каждого канала подключен ко входу преселектора цифрового сигнала этого канала, а выход преселектора цифрового сигнала каждого канала подключен к соответствующему входу мультиплексора/демультиплексора, управляющие выходы которого связаны с управляющими входами каждого канала, другие выход и вход мультиплексора/демультиплексора соединены со входом и выходом соответственно электроннооптического преобразователя потока цифровых сигналов в поток сигналов оптического диапазона, другие выход и вход которого соединены соответственно с соответствующими входом и выходом первого приемопередатчика сигналов оптического диапазона, другие вход и выход которого являются входом и выходом сигналов оптического диапазона радиоприемного устройства и подключены соответственно к выходу и входу второго приемопередатчика сигналов оптического диапазона, являющимся выходом и входом сигналов оптического диапазона устройства обработки цифровых сигналов, при этом другие вход и выход второго приемопередатчика сигналов оптического диапазона соединены с выходом и входом соответственно оптоэлектронного преобразователя сигналов оптического диапазона в поток цифровых сигналов, другие вход и выход которого подключены к соответствующим выходу и входу введенного в устройство обработки цифровых сигналов селектора принимаемых сигналов, первый выход которого соединен со входом буферного устройства, второй выход селектора принимаемых сигналов соединен со входом цифрового фильтра, а управляющий вход селектора принимаемых сигналов подключен к соответствующему управляющему выходу компьютера, при этом соответствующие входы и выходы ОЗУ, цифрового фильтра, блока сравнения, ЗУ, селектора принимаемых сигналов и перестраиваемого

приемника цифровых сигналов (тюнера) являются соответственно входами и выходами устройства обработки цифровых сигналов.

Осуществление радиоприема в предлагаемой системе с помощью n радиоприемных каналов, каждый из которых представляет собой супергетеродинный приемник с аналогоцифровым преобразованием с помощью АЦП и цифровой обработкой сигналов, обеспечивает повышение помехоустойчивости и чувствительности приема радиосигналов в широкой полосе частот, а также обеспечивает надежность приема.

Использование в устройстве передачи данных электрооптического и оптоэлектронного преобразователей цифровых сигналов и первого и второго приемопередатчиков сигналов оптического диапазона позволяет решить задачу электромагнитной совместимости, поскольку передача данных осуществляется в оптическом диапазоне.

Установленный в устройстве обработки цифровых сигналов селектор принимаемых сигналов цифрового потока позволяет, в отличие от прототипа, осуществить селекцию быстроизменяющихся по частоте коротких сигналов, выделить их и осуществить обработку и регистрацию только коротких сигналов, что уменьшает время (увеличивает скорость) обработки и регистрации коротких цифровых сигналов.

Структурная схема предлагаемой системы приведена на чертеже, согласно которому система содержит радиоприемное устройство 1, содержащее усилитель - разветвитель 2, на вход которого поступает аналоговый сигнал, соответствующие выходы которого подключены ко входам соответствующих n радиоприемных каналов, входами которых являются входы преселекторов 3 аналогового сигнала. Выход преселектора 3 аналогового сигнала каждого канала подключен ко входу преобразователя 4 аналогового сигнала в сигнал ПЧ этого канала, выход которого подключен ко входу полосового фильтра 5 этого канала, его выход соединен со входом АЦП 6 этого канала, а выход АЦП 6 подключен ко входу преселектора 7 цифрового сигнала этого канала, выходы преселекторов 7 цифрового сигнала каждого канала являются выходами соответствующих радиоприемных каналов, подключаемых к соответствующим входам мульиплексора/демультиплексора 8, управляющие выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами каждого канала. Другие выход и вход мультиплексора/демультиплексора 8 подключены соответственно к входу и выходу электроннооптического преобразователя 9, другие вход и выход которого соединены соответственно с выходом и входом первого приемопередатчика 10 сигналов оптического диапазона, другие вход и выход которого являются входом и выходом радиоприемного устройства 1 и служат для подключения соответственно к выходу и входу устройства 11 обработки цифрового сигнала, выходом и входом которого являются выход и вход второго приемопередатчика 12 сигналов оптического диапазона, другие выход и вход которого подключены к входу и выходу

соответственно оптоэлектронного преобразователя 13, другие вход и выход которого подключены к выходу и входу соответственно селектора 14 принимаемого сигнала, первый выход которого подключен ко входу буферного устройства 15, выход которого соединен со входом перестраиваемого приемника 16 цифровых сигналов (тюнера), а его выход подключен ко входу ОЗУ 17, второй выход селектора 14 принимаемого сигнала соединен со входом цифрового фильтра 18, один из выходов которого соединен с одним из входов блока сравнения 19, второй вход которого соединен с выходом ЗУ 20, при этом управляющие входы ЗУ 20, селектора принимаемого сигнала 14, перестраиваемого приемника 16 цифрового сигнала (тюнера) и ОЗУ 17, являющиеся управляющими входами устройства 11 обработки цифровых сигналов, соединены с соответствующими выходами компьютера 21, соответствующие входы которого связаны с выходами ОЗУ 17, цифрового фильтра 18, блока сравнения 19, являющимися выходами устройства 11 обработки цифровых сигналов.

Работа предлагаемой системы осуществляется следующим образом. При поступлении на вход радиоприемного устройства аналогового сигнала последний с помощью усилителя - разветвителя 2 поступает на входы n радиоприемных каналов.

Количество каналов выбирается из условия: где f-ширина полосы частот выбранного диапазона, F - ширина полосы пропускания радиоприемного канала.

После усилителя - разветвителя 2 с его соответствующего выхода сигнал поступает на вход преселектора 3 аналогового сигнала каждого из n каналов, в котором осуществляется усиление и предварительная селекция по частоте (выбор частотного поддиапазона). С выхода преселектора 3 в каждом радиоприемном канале сигнал соответствующего поддиапазона подается на преобразователь 4 аналогового сигнала в сигнал ПЧ и затем преобразованный сигнал поступает на полосовой фильтр 5, где осуществляется основная фильтрация аналогового сигнала ПЧ в полосе частот F. Далее отфильтрованный аналоговый сигнал ПЧ поступает на АЦП 6 этого канала, где происходит его преобразование в цифровой сигнал. Данный цифровой сигнал подается на преселектор 7 цифрового сигнала, на выходе которого формируется полоса пропускания F. С выходов преселекторов 7 цифрового сигнала n каналов сформированные сигналы поступают на соответствующие входы мультиплексора/демультиплексора 8, управляющие сигналы с которого подаются на соответствующие входы управления n радиоканалов. С другого выхода и на другой вход мультиплексора/демультиплексора 8 сигналы поступают соответственно на вход и выход электроннооптического преобразователя 9, где цифровой электрический сигнал преобразуется в сигнал оптического диапазона и затем

поступает на первый приемопередатчик 10 сигналов оптического диапазона, соответствующие выход и вход которого являются выходом и входом радиоприемного устройства 1. С выхода радиоприемного устройства 1 оптический сигнал поступает на второй приемопередатчик 12 сигналов оптического диапазона, входящий в устройство 11 обработки цифровых сигналов. С его выхода сигнал оптического диапазона поступает на оптоэлектронный преобразователь 13 устройства 11 обработки цифровых сигналов. В оптоэлектронном преобразователе 13 производится обратное преобразование сигнала оптического диапазона в электрический цифровой сигнал. Таким образом на выходе оптоэлектронного преобразователя 13 имеем поток цифровых сигналов всех каналов. При этом на вход оптоэлектронного преобразователя 13 подается сигнал управления каналами. С выхода оптоэлектронного преобразователя 13 цифровой сигнал поступает на селектор 14 принимаемых сигналов, в котором осуществляется цифровая мультиплексорная обработка и выделение выбираемых коротких по длительности сигналов. С одного из выходов селектора 14 принимаемых сигналов выделенные короткие сигналы поступают на цифровой фильтр 18, а с другого выхода - все сигналы, прошедшие цифровую мультиплексорную обработку, поступают на буферное устройство 15. С выхода буферного устройства 15 все цифровые сигналы поступают на перестраиваемый приемник 16 цифровых сигналов (тюнер), который может настраиваться на определенную более узкую полосу частот для ее более детального анализа, для этого его управляющий вход связан с соответствующим выходом компьютера 21. Выделенные сигналы с соответствующего выхода цифрового фильтра 18 поступают на один из входов блока 19 сравнения, на второй вход которого подаются имеющиеся в базе данных ЗУ 20 маски ранее введенных коротких по длительности сигналов. В результате сравнения упомянутых сигналов на выходе блока 19 сравнения выделяются новые короткие сигналы (компоненты спектра), которых не было в базе данных ЗУ 20. Эти сигналы отображаются на дисплее компьютера 21 и заводятся в базу данных ЗУ 20. Компьютер 21 имеет связь с соответствующими входами и выходами ОЗУ 17, цифрового фильтра 18, блока 19 сравнения, селектора 14 принимаемых сигналов и ЗУ 20 для обеспечения возможности отображения выходных сигналов и спектров. Кроме того имеется возможность подачи соответствующих сигналов управления на радиоприемные каналы.

Рассмотрим пример выполнения блоков предлагаемой системы радиоконтроля изменяющихся по частоте коротких сигналов.

Первый приемопередатчик 10 с электронноптическим преобразователем 9 и второй приемопередатчик 12 с оптоэлектронным преобразователем 13 могут быть выполнены на двух микросхемах HEBR- 5921 фирмы «Avago».

Мультиплексор/демультиплексор 8 может быть выполнен на ПЛИС (FPGA) EP2C 50 фирмы «Альтера».

Буферное устройство 15 может быть выполнено на ПЛИС (FPGA) EP2C 20 фирмы «Альтера».

Селектор 14 принимаемых сигналов, цифровой фильтр 18, блок 19 сравнения, перестраиваемый приемник 16 цифровых сигналов (тюнер) и ЗУ 20 и ОЗУ 17 могут быть выполнены на ПЛИСах (FPGA) EP2C 20...50 фирмы «Альтера».

Преселектор 3 аналогового сигнала состоит из переключаемых субъоктавных фильтров и усилителей радиочастоты, выполненных на микросхеме ARJ109 фирмы «Teledyne Congar».

Преобразователь 4 аналогового сигнала в сигнал ПЧ содержит смеситель на микросхеме LAVI-2VH фирмы «Mini-Circuites» и синтезатор частот на микросхемах FPGA Cyclone II фирмы «Альтера» и AD9726 фирмы «Analog Devices».

Полосовые фильтры 5 радиоприемных каналов могут быть реализованы в виде фильтров ПАВ АЕ5528М-70 фирмы «АЕС» и фильтров 854651, 854652, 854653 фирмы «Sawtek».

АЦП 6 радиоприемных каналов могут быть выполнены на микросхеме AD9446 фирмы «Analog Devices».

Преселекторы 7 цифрового сигнала могут быть выполнены на ПЛИС (FPGA) Cyclone II фирмы «Альтера».

В качестве усилителя - разветвителя 2 может быть использован разветвитель типа ZSC фирмы «Mini-Circuites» с усилителем типа SGA фирмы «Sirenza».

В качестве компьютера может быть использован компьютер типа УВМ РАМЭК.

Система радиоконтроля изменяющихся по частоте коротких сигналов, содержащая радиоприемное устройство, на вход которого поступает аналоговый сигнал, в котором имеются последовательно соединенные преобразователь аналоговых сигналов в сигнал ПЧ и полосовой фильтр, АЦП, устройство обработки, блок сравнения и ЗУ, последовательно соединенные буферное устройство, перестраиваемый приемник цифровых сигналов и ОЗУ, при этом управляющие входы ЗУ, ОЗУ и перестраиваемого приемника цифровых сигналов соединены с соответствующими выходами компьютера, соответствующие входы которого соединены с выходами ОЗУ, цифрового фильтра и блока сравнения, отличающаяся тем, что на входе радиоприемного устройства установлен усилитель-разветвитель, вход которого является входом радиоприемного устройства, а его выходы подключены к n радиоприемным каналам, причем n выбирают из условия:

, где f - ширина полосы частот выбранного диапазона,

a F - ширина полосы пропускания канала радиоприемного устройства, при этом каждый канал представляет собой радиоприемник супергетеродинного типа с цифровой обработкой сигнала, для чего в каждом канале на входе включен преселектор аналогового сигнала, выход которого соединен со входом преобразователя аналогового сигнала в сигнал ПЧ этого канала, выход преобразователя аналогового сигнала в сигнал ПЧ этого канала связан со входом полосового фильтра соответствующего канала, выход полосового фильтра каждого канала соединен со входом АЦП этого канала, выход цифрового сигнала АЦП каждого канала подключен ко входу преселектора цифрового сигнала этого канала, а выход преселектора цифрового сигнала каждого канала подключен к соответствующему входу мультиплексора/демультиплексора, управляющие выходы которого связаны с управляющими входами каждого канала, другие выход и вход мультиплексора/демультиплексора соединены со входом и выходом соответственно электронно-оптического преобразователя потока цифровых сигналов в поток сигналов оптического диапазона, другие выход и вход которого соединены соответственно с соответствующими входом и выходом первого приемопередатчика сигналов оптического диапазона, другие вход и выход которого являются входом и выходом сигналов оптического диапазона радиоприемного устройства и подключены соответственно к выходу и входу второго приемопередатчика сигналов оптического диапазона, являющимися выходом и входом сигналов оптического диапазона устройства обработки цифровых сигналов, при этом другие вход и выход второго приемопередатчика сигналов оптического диапазона соединены с выходом и входом соответственно оптоэлектронного преобразователя сигналов оптического диапазона в поток цифровых сигналов, другие вход и выход которого подключены к соответствующим выходу и входу введенного в устройство обработки цифровых сигналов селектора принимаемых сигналов, первый выход которого соединен со входом буферного устройства, второй выход селектора принимаемых сигналов соединен со входом цифрового фильтра, а управляющий вход селектора принимаемых сигналов подключен к соответствующему управляющему выходу компьютера, при этом соответствующие входы и выходы ОЗУ, цифрового фильтра, блока сравнения, ЗУ, селектора принимаемых сигналов и перестраиваемого приемника цифровых сигналов (тюнера) являются соответственно входами и выходами устройства обработки цифровых сигналов.