Способ формирования когерентных модулированных сигналов и устройство для его осуществления
Владельцы патента RU 2485669:
Открытое акционерное общество Научно-производственный комплекс "Русская радиоэлектроника" (RU)
Изобретение относится к устройствам, формирующим сложные сигналы, и может быть использовано в радиосвязи и радионавигации. Достигаемый технический результат - расширение функциональных возможностей. Способ формирования когерентных модулированных сигналов заключается в том, что выходной сигнал с опорного генератора подается на микросхемы: прямые цифровые синтезаторы частоты (DDS) и программируемые логические интегральные схемы (ПЛИС), при этом ПЛИС программно настраивает все DDS на заданную частоту, амплитуду и начальную фазу, и выходные колебания засинхронизированы от ведущей DDS. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в радиосвязи и радионавигации.
Наиболее эффективно предлагаемое изобретение может быть использовано в системе DVOR (Доплеровский всенаправленный радиомаяк ОВЧ-диапазона), для формирования когерентных модулированных сигналов, обеспечивающих измерение азимутального угла воздушного судна, оснащенного бортовым оборудованием системы VOR (Всенаправленный радиомаяк ОВЧ-диапазона).
Для формирования когерентных сигналов в навигационных системах зачастую применяются фазофильтровый, фазокомпенсационный метод и метод умножения частоты.
Недостатком фазофильтрового метода является нестабильность фазовой характеристики выходного сигнала и узкий диапазон рабочей частоты, т.к. диапазон рабочих частот ограничивается полосой пропускания полосовых фильтров, которые выбираются исходя из требований к выходному спектру сигнала.
Фазокомпенсационному методу присуще подавление несущей, а также верхней или нижней боковой частоты, связанное с тем, что для формирования сигнала таким способом, необходимо применение высокочастотных широкополосных фазовращателей.
Недостатком высокочастотных широкополосных фазовращателей является нестабильность параметров, которая в свою очередь приводит к нестабильности параметров выходного сигнала формирователя.
Недостатками формирователя, построенного по принципу умножения частоты, являются высокие фазовые шумы и сложность обеспечения на высоких частотах подавления гармонических составляющих, что серьезно усложняет схему формирователя сигнала.
Вышеперечисленные методы также не позволяют изменять параметры сигнала без аппаратного вмешательства.
Задача изобретения - разработка формирователя когерентных модулированных сигналов, который позволяет без аппаратного вмешательства регулировать начальную фазу, частоту, амплитуду и форму модулированного сигнала, для того чтобы адаптировать радиотехническую систему к различным условиям эксплуатации.
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей и в том, что применяемые прямые цифровые синтезаторы частоты (DDS) и программируемая логическая интегральная схема (FPGA) позволяют синтезировать когерентные модулированные сигналы со свойственной цифровым системам точностью вплоть до начальной фазы.
От всех присущих данным методам недостатков свободна структура, построенная на основе прямого цифрового синтеза частоты (DDS). DDS микросхемы уникальны своей цифровой определенностью: генерируемый ими сигнал синтезируется со свойственной цифровым системам точностью. Частота, амплитуда и фаза сигнала в любой момент времени точно известны и подконтрольны.
Частотное разрешение DDS составляет сотые и даже тысячные доли герца при выходной частоте порядка десятков мегагерц. Такое разрешение недостижимо для других методов синтеза. Другой характерной особенностью DDS является очень высокая скорость перехода на другую частоту, ограниченная только быстродействием цифрового управляющего интерфейса. Более того, все перестройки по частоте происходят у DDS без разрыва фазы выходного сигнала. Поскольку выходной сигнал синтезируется в цифровом виде, очень просто осуществить модуляцию различных видов.
Способ формирования когерентных модулированных сигналов заключается том, что выходной сигнал с опорного генератора подается на микросхемы ПЛИС и DDS, при этом ПЛИС программно настраивает все DDS на заданную частоту до 400 МГц, амплитуду и начальную фазу, и на выходе формирователя когерентных модулированных сигналов получаем выходные сигналы с заданными параметрами частоты, амплитуды и фазы, при этом выходные колебания засинхронизированы от ведущей DDS.
Устройство по п.1 включает опорный генератор и микросхемы DDS и ПЛИС, собран по структурной схеме, где опорный генератор связан с микросхемой ПЛИС и 4 микросхемами DDS, последовательно связанными между собой, при этом все микросхемы DDS взаимно связаны с микросхемой ПЛИС.
Сущность изобретения в том, что формирователь когерентных модулированных сигналов с помощью опорного генератора (ОГ) и микросхем DDS и FPGA (ПЛИС), собранного по структурной схеме, приведенной на рисунке 1, позволяет без аппаратного вмешательства, в отличие от аналогичных формирователей, синтезировать когерентные модулированные сигналы с изменяющимися параметрами с очень большой точностью и жесткой синхронизацией (см. рисунок 2 и 3).
Структурная схема формирователя когерентных модулированных сигналов, представленная на рисунке 1, состоит:
1. ОГ (Опорный генератор), предназначенный для тактирования микросхем DDS и FPGA.
2. FPGA (ПЛИС) осуществляет полный независимый контроль над каждой микросхемой DDS, а также осуществляет прием и передачу команд по интерфейсу RS-232 или RS-485 и управление параметрами модулирующего сигнала.
3. DDS1…DDSN - формируют модулированные синусоидальные сигналы в диапазоне рабочих частот от 0 до 400 МГц, с возможностью управления фазой, частотой и амплитудой сигнала с высокой точностью
На рис.2 и 3 представлены засинхронизированные выходные сигналы с различных DDS синтезаторов.
Выходной сигнал с опорного генератора подается на микросхемы ПЛИС и DDS. ПЛИС программно настраивает все DDS на заданную частоту, амплитуду и начальную фазу, вследствие чего на выходе формирователя когерентных модулированных сигналов получаем выходные сигналы с заданными параметрами частоты, амплитуды и фазы. Выходные колебания засинхронизированы от ведущей DDS.
Применение микросхем DDS и ПЛИС позволило формирователю когерентных модулированных сигналов получить следующие преимущества над аналогами:
1. Цифровое управление частотой и фазой выходного сигнала.
2. Очень высокое разрешение по частоте и фазе.
3. Экстремально быстрый переход на другую частоту (или фазу), перестройка по частоте без разрыва фазы, без выбросов, связанных со временем установления сигнала.
4. Архитектура, основанная на DDS, ввиду очень малого шага перестройки по частоте, исключает необходимость применения точной подстройки опорной частоты.
5. Цифровой интерфейс легко позволяет реализовать микроконтроллерное управление.
1. Способ формирования когерентных модулированных сигналов, заключающийся в том, что выходной сигнал с опорного генератора подается на микросхемы ПЛИС и DDS, при этом ПЛИС программно настраивает все DDS на заданную частоту до 400 МГц, амплитуду и начальную фазу, и на выходе формирователя когерентных модулированных сигналов получаем выходные сигналы с заданными параметрами частоты, амплитуды и фазы, при этом выходные колебания засинхронизированы от ведущей DDS.
2. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее опорный генератор и микросхемы DDS и ПЛИС, собрано по структурной схеме, где опорный генератор связан с микросхемой ПЛИС и 4 микросхемами DDS, последовательно связанными между собой, при этом все микросхемы DDS взаимно связаны с микросхемой ПЛИС.
