CC BY
14JL
АРМИЯ-2022 J\
Преимущества: при проведении лабораторных работ обучающиеся развивают навыки работы с реальной аппаратурой и осциллографом.
Испытание образцов: в образовательной деятельности академии и в других вузах МО РФ.
Зашита патентом, регистрация электронного ресурса: авторское
право на разработку лабораторных макетов.
Апробация: подготовка российских и иностранных военных специалистов.
С.Н. БАРСУКОВ, А.В. ШАБАЕВ
S.N.BARSUKOV, A.V. SHABAEV
МОДУЛЬ ИЗМЕРЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ СИГНАЛ-ШУМ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ ЗРС СРЕДНЕЙ ДАЛЬНОСТИ
MEASURING MODULE OF SIGNAL-TO-NOISE CORRELATION FOR MAINTENANCE SUPPORT OF AIR DEFENSE SYSTEM
Сведения об авторах: Барсуков Сергей Николаевич - начальник 7 кафедры (зенитных ракетных комплексов и систем средней дальности), полковник, кандидат технических наук, доцент (Е-mail: vavpvo-na@mil. ru);
Шабаев Амир Вагифович - курсовой офицер-преподаватель, старший лейтенант.
Аннотация. В статье представлено описание модуля измерения отношения сигнал-шум, предназначенного для определения коэффициента шума и вычисления значений отношения мощности полезного сигнала к мощности шума, измеренного на приёмном устройстве.
Ключевые слова: сигнал-шум, радиосигнал, коэффициент шума, мультиплексор, микроконтроллер.
Information about the authors: Sergey Barsukov - Head of the 7th
Department (anti-aircraft missile systems and medium-range systems), Colonel, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor (Е-mail: vavpvo-na@mil. ru); Amir Shabaev - course officer-teacher, senior lieutenant.
Summary. The article describes measuring module of signal-to-noise correlation designated for determination of noise factor and calculation of useful signal power to noise power correlation measured by a receiver.
Keywords: signal-to-noise, radio signal, noise figure, microcontroller.
Назначение: при помощи представленного модуля оператор может провести проверку значения коэффициента шума приёмника и отношения сигнал-шум в разных режимах работы станции.
Для разработки модуля было выбрано изделие из состава ЗРС средней дальности.
Необходимость разработки устройства обусловлена тем, что:
• в радиолокационных системах различного назначения актуальной является задача оценки отношения сигнал-шум в принятом радиосигнале. Существующие методы оценки требуют предварительного знания полосы частот, занимаемой принимаемым сигналом, или введения в передаваемый сигнал специальных дополнительных сигналов;
• коэффициент шума является признаком качества, который ха-
рактеризует величину избыточного шума, присутствующего в системе;
• измерение шумов является важной составляющей в процессе настройки приёмной системы, поскольку от её правильности зависит дальность обнаружения РЛС;
• в изделии из состава ЗРС средней дальности соотношение сигнал-шум измеряется штатными средствами, входящими в состав УПО по специальным алгоритмам.
АРМИЯ-2022
Проверка является сложной и требует выполнения множества операций, выполняется при проведении ТО-1, ТО-2 и составляет порядка 40 минут.
Структурная схема модуля измерения отношения сигнал-шум представлена на рис. 1.
Схема входит в состав цифрового блока контроля выходных параметров приёмного устройства, который по требованию оператора выполняет проверку значения коэффициента шума приёмника и отношения сигнал-шум в разных режимах работы станции.
Функциональная схема модуля измерения отношения сигнал-шум изображена на рис. 2.
Работа схемы состоит в следующем. Стабилизационный источник питания вырабатывает стабилизированное напряжение для нормальной работы схемы контроля. Операционные усилители обеспечивают преобразование контролируемого коэффициента шума до уровня, необходимого для нормальной работы АЦП. Мультиплексор обеспечивает подключение контролируемого коэффициента шума к входу АЦП. Микроконтроллер поочерёдно проверяет условие вхождения контролируемого коэффициента шума приём-
ника в заданный допуск. Допуски устанавливаются программно при настройке микроконтроллера в соответствии с техническими характеристиками приёмного устройства, значения коэффициента шума записываются в регистр памяти. Нажатие кнопки «ШАГ» позволяет наблюдать на индикаторе измеренное отношение сигнал-шум.
Генератор тактовых импульсов обеспечивает синхронизацию работы элементов схемы. Быстродействие элементов позволяет провести проверку за время менее 1 с.
В данной схеме используются четыре шинных формирователя, которые усиливают сигналы по мощности, отключают источник информации от шины, когда он не участвует в обмене, формируют тре-
Рис. 1
Рис. 2
4А
АРМИЯ-2022
буемые уровни сигналов логической 1 или 0.
Разработанный модуль измерения осуществляет контроль выхода коэффициента шума за пределы установленного допуска в цифровой двоичной форме.
Функцию преобразования аналогового сигнала в цифровой выполняет АЦП.
Электрическая принципиальная схема модуля измерения отношения сигнал-шум приведена на рис. 3.
При разработке схемы учтены следующие условия:
• устройство контроля обеспечивает оперативный контроль измеряемого коэффициента шума;
• устройство контроля выполнено на современной элементной базе, имеет низкую стоимость и небольшие габариты.
После усиления токи, полученные на выходе ОУ, через АЦП, где преобразуются в двоичную форму, поступают на микроконтроллер.
Микроконтроллер запоминает входящие параметры внутренних шумов приёмника и производит вычисления коэффициента шума, сравнивает их и результат записывает в регистрах памяти. После чего передаёт полученное значение через дешифратор на семисегментные индикаторы.
Аналогичная операция происходит с вычислением отношения сигнал-шум. Значение коэффициента шума поступает из регистров памяти микроконтроллера.
Для проверки вхождения проверяемых напряжений в установленный допуск в разрабатываемом устройстве выбран микроконтроллер архитектуры семейства АУИ AT90S8535.
Выполнение алгоритма схемы программы начинается после подачи питающего напряжения на устройство. Ожидается нажатие кнопки «Старт/Стоп» для запуска цикла проверки, уровня шумов приёмного устройства. После её нажатия разрешается работа ана-
М
Рис. 4
четыре семисегментных индикатора сигнализируют об измеренном отношении сигнал-шум
Ч-/
Рис. 5
АРМИЯ-2022
Рис. 6
лого-цифрового преобразователя и ввод сигнала.
Далее активизируется процедура вычисления уровня шумов приёмника в допуск. В случае вхождения в допуск уровня делается соответствующий вывод о нормальной работе приёмника. Далее происходит вычисление коэффициента шума приёмного устройства и вывод данного значения на четыре индикатора. В случае расхождения коэффициента шума с техническими характеристиками, которые описываются в техническом описании, производится оценка нормальной работы приёмного устройства на коэффициент шума. Если коэффициент не в допуске, то производится регулировка приёмника и проверка повторяется сначала.
Ожидается нажатие кнопки «ШАГ», вследствие чего происходит коммутация канала и запуск АЦП. После завершения преобразования происходит вычисление отношения сигнал-шум и вывод готового значения на индикатор модуля. Далее нажимается кнопка «СТАРТ/СТОП» для завершения работы и выключения модуля.
Разработка модели модуля измерения отношения сигнал-шум выполнена в системе моделирования Proteus.
На рис. 4 и 5 показано моделирование работы программированных устройств.
Кроме этого, в пакете Proteus заложена специальная система проектирования и моделирования печатных плат.
Так как модель устройства предназначена для измерения коэффициента шума и выдачи готового отношения сигнал-шум, к ней не предъявляются жёсткие требования к массогабаритным характеристикам и условиям эксплуатации, печатную плату необходимо отнести к первому классу. Этот класс наиболее прост в исполнении, надёжен в эксплуатации и имеет минимальную стоимость.
Для реализации устройства использована односторонняя печатная плата.
Испытания разработанного модуля показали, что он является более совершенным, экономичным и точным, чем штатные средства измерения, при этом обладает достаточно высокими техническими характеристиками. Измерения при помощи разработанного модуля могут быть включены в мероприятия ТО-1 и ТО-2 в МСНР без существенного изменения сетевых графиков.
Применение разработанного модуля облегчит работу штатных расчётов при проведении технического обслуживания и ремонте изделия, позволит оперативно оценивать работоспособность приёмной системы, что в значительной мере окажет влияние на сохранение боевых возможностей системы в целом.
Использование модуля не требует предварительной оценки полосы частот принимаемого сигнала, что в конечном итоге приводит к уменьшению времени, необходимого для оценки отношения сигнал-шум.
Фото. Внешний вид разработанного модуля
Измерения, выполняемые с помощью модуля, возможно проводить не только при проведении ТО, но и в процессе эксплуатации изделия, в том числе при применении по прямому предназначению.
Внешний вид разработанного модуля представлен на фото.
Апробация: в настоящее время разработанный модуль используется при проведении лабораторных работ по дисциплине «Автоматизированные системы управления» и в рамках исследований, проводимых членами военно-научной секции кафедры в военной академии.
\ ' J ИЮЛЬ - АВГУСТ 2022 №4 (37)
