CC BY
67
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК И» 1 (<7) 2010
УДК 623.68:327.84 : 621.396.969
И. Д. ЗОЛОТАРЁВ В. А. БЕРЕЗОВСКИЙ
Омский государственный университет им. Ф. М. Достоевского
СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ОБНАРУЖИТЕЛЯ СИГНАЛОВ ДЕКАМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА
Сигналы декаметрового диапазона за счет отражения от ионосферы могут распространяться на значительные расстояния порядка 1000 и более километров. Уровень принимаемых обнаружителем сигналов при этом может оказаться значительно ниже уровня шума на 60—100 дБ. Такие обнаружители функционируют при наличии априорной информации о ФМн коде и частоте источника излучения. При мониторинге источников сигналов этого диапазона как правипо отсутствует требуемая исходная информация, а слабый уровень сигнала на входе радиоприемного устройства (РПУ) не позволяет дешифровать его код и частоту. В статье рассматривается нетрадиционный путь построения обнаружителя сигналов диапазона декаметровых волн (ДКМВ), позволяющий существенно повысить чувствительность РПУ.
Ключевые слова: ФМн последовательность, мониторинг источников излучения в диапазоне ДКМВ, подстановка частоты гетеродина, корреляционная обработка.
Одной из важных проблем современной радиоэлектроники является обеспечение мониторинга источников излучения декаметрового диапазона для длинных трасс распространения {более 1000 км) [1 —3]. При традиционном построении систем связи этого диапазона используются кодовые последовательности с последующей корреляционной обработкой. Получение информации об источниках излучения диапазона ДКМВ существенно усложняется при отсутствии требуемой исходной информации о параметрах излучаемого сигнала. Определение этих параметров весьма усложняется из-за существенного затухания сигнала 11а длинных трассах распространения. В этой связи особое значение приобретает разработка новых принципов построения систем мониторинга источников излучения сигналов ДКМВ.
В (4) предложено построение системы связи, в которой после вторичной обработки сигнала получаем радиоимпульсы, ширина спектральной плотности которых меньше ширины спектральной плотности элемента последовательности в число элементов всей последова тельности N. Это достигается дсманииуля-цией <1>азы сигнала за счет применения квадратичного детектора. Соответственно увеличивается длитель-
ность радиоимпульса на выходе оконечною фильтра. Обужение ширины спектра сигнала на выходе этого избирательного фильтра позволяет уменьшить ширину полосы пропускания его в N раз. Таким образом, отношение сигнал/шум улучшается примерно по столько же раз, как мы имеем и при корреляционной обработке сигналов.
В данной работе предлагается оригинальный мет од построения системы мониторинга источников излучения в диапазоне ДКМВ, важным достоинством которого является обеспечение деманипуляции исходной ФМн последовательности подстановкой частоты гетеродина. Качество работы системы мониторинга может быть существенно улучшено использованием кварцевой стабилизации гетеродина. Функциональная схема такой системы показана на рис. 1. Избирательный фильтр ФПЧ1, полоса пропускания которого лежит в пределах 3-30 МГц, служит для обеспечения прохождения в тракт системы сигналов дека-метрового диапазона.
Пусть на вход антенны Л1 приемного тракта системы поступает ФМн сигнал в виде
иМ) - иат1 X 5Ш((0,* + < + <7иЯ)[1(/ - (д - 1)Т| - 1(1 - ЦТ) ], (1)
И-1
««• V,
210
Рис. I. функциональная схема приемного тракта системы мониторинга с подстановкой частоты гетеродина
Т.,, МКС
-і-------------*-1- --г-
10 15 20
)\ МГц
Г, мс
/, МГц
Рис. 2. Длительность элемента последовательности и всей последовательности Т в зависимости от частоты ВЧ-заполнения исходных радиоимпульсов последовательности
Рис. 3. Ширина спектра элемента последовательности и спектра всей последовательности ЛГ а зависимости от частоты ВЧ-заполнения последовательности на входе системы мониторинга
либо в комплексной записи
1>Г(0 = ^,Еех4ф-ц(/)][1(Г- (и - 1)х)-1«-цт)], (2)
где для каждого ц, принимает значения 0 или 1 в зависимости от конкретного вида ПСП последовательности, N—число элемеш’ов последовательности, {/", — амплитуда сигнала, принятого на антенну А1, + Ч'“+<7цЛ. ї1>, — частота ВЧ-заполнения радиоимпульса, \|/“ —начальная фаза ВЧ-заполнения при д^ = 0, т — длительность элемента последовательности, длительность всей последовательности равна N1,/ш{і/“(!)|.
Запишем сигнал гетеродина
иг(1) = итг8іп\фги)\ (3)
или
^г(0 = <Л»г<?хрИ>г(0|. (4)
где Фг = гог**, <ог и \уг — частота и начальная фаза гетеродина соответственно, иг - 1т{0г).
Будем считаті> преобразова нии частоты безынерционными иеремножителями. Тогда на выходе ПЧ1 получаем сигнал
<Лл„ю=адс/г(о=
= и°т\+ н»? +(гМЧ1 -(м—1)т)-1(/ - ЦТ) ]х
ц-1
*иг5іпФг[1) =
= \и°шРг£ МфГц(0-Фг(0] со4ф“ц(0+фг(о)}х
2 ц=і
х|1(/-(ц-1)т)-1(/-рт)]. (5)
Фильтр промежуточной частоты ФПЧ2 выделяет верхнюю составляющую частоты на выходе преобразователя ПЧ1, т.е.
ц™(о=4о>г|>4^,(о+Фг(о1’<
2 ц-1
х[1(/-<ц-1И)-Щ-цт)]=
(ц-1)т)-1(/-рт)1 (6)
или в комплексной записи
Ост = '(01/г(') =
2
= --СС,С/лХехр(|[ф^(0f Фл(/)1)|1(/ -(»»- 1)т)-1«-цт)\ (7)
2 ц-1
и„„(|) = кфс-л„(()}.
Выделение полосовым фильтром ФПЧ2 верхней составляющей частоты на выходе преобразователя частоты ПЧ1 позволяет исключить прямое прохождение сигналом дека метрового диапазона через тракт ПЧ1 — ФПЧ2. В противном случае была бы нарушена работа предлагаемой системы и, в частности, важною ее свойства—деманипуляции ФМн сигнала. При этом частота гетеродина выбирается равной 30 МГц. Соответственно, частота ВЧ-заполнения радиоимпульс-пого сигнала на выходе фильтра ФПЧ2 лежит в пределах 33 — 60 М Гц.
Сигнал на выходе преобразователя ПЧ2 запишем п форме:
£/м(0 = ЫГ(0У»«(О-=-0“,1*тК(1)][,((-(ц - од -1(( - ЦТ)]х
М
х>+фг II|)[1(( (и - од-1(1 -(«)]=
2 ц=1
= -Ми11?игХ&ФЩЦ+Фг(фял1Фг101}><
4 с-|
х(1(г-(ц-1)т)-1(/-цт)1 18)
Полосовой фильтр ФПЧЗ позволяет выделить непрерывную последовательнос ть радиоимпульсов на выходе ПЧ2, частота ВЧ-заполнения которых равна частоте гетеродина, а именно
«Л,(Г) =-~(иат У и Г «*п[®Г1 + УгИНО-Ш - *т)] (9)
4
ИЛИ
ад-^[иг(<)Км,((|=
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК Н» 1 <17) 2010 _______________________________________________________________________________________РАДИОТЕХНИКА И С8ЯЗЬ
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ МСТНИК № 1 <1П 2010
ч
Пример параметров системы мониторинга, обеспечивающих перекрытие всего диапазона
Поддиапазон частот принимаемых сигналов. МГц Период ВЧ-заполнения радиоимпульсов для каждого поддиапазона, мке « 1 * І O' *3 if ft cb 5 § § Is с. О Q> 7. c 2 % D о t * g | * 8 * 1 1 II A X t \ О 5 к я * Я ш Ь і* * s a s s В а, В К У < і І 1* Число элементов последовательности s 1 i'- ll ч « s si s* " ІЗ 3 ъ- 1 к I S >Х X ш < а о 15 1 *§ У 1 g Частота гетеродина. МГц Полоса пропускания фильтра после первого преобразования, МГц
30-20 0.033 - 0.050 0.167 - 0.250 12-8 0.171 -0,256 11,730-7.820 13 43-33
20-12 0,060 - 0.083 5 0.250-0.417 8-4.8 1023 0,256- 0,426 7.820 - 4,692 10 30-22
12-6 0,083 - 0.167 0,417-0,833 4.8-2,4 0.426-0.853 •1.692 — 2,346 7 19-13
6-3 0,167-0,333 0,833- 1.667 2.4-1,2 0,853-1,705 2.346- 1.173 4 10—7
»-ЦіЬ)Ч«Ф<[Фг<<)11І(0-Ч»-№)1.
4
Ukl(t) = lm{ukl(t)}.
НО)
Таким образом, на выходе фильтра ФПЧ2 имеем радиоимпульс длительность которого равна
длительности псевдослучайной последовательности Т=№с, в котором отсутствует манипуляция фазы.
Как показывает практика, прием и обработка импульсов сигналов возможна уже при длительности элемента последовательности т, равной пяти периодам ВЧ-заполнения [5]. Для расчета примем т = 5(2л/о),). Тогда, задаваясь числом элементов последовательности Л/= 1023, имеем для длины всей последовательности Т~ \ 023x5(2я/о),).
В связи с большим перекрытием воли декамет-рового диапазона целесообразно разбить весь диапазон на поддиапазоны. Это улучшит качество работы системы мониторинга и облегчит ее настройку. При этом для каждого поддиапазона используется гетеродин со своей частотой. Параметры элементов системы мониторинга, разбитой на четыре поддиапазона, представлены табл. 1.
11а графике рис. 2 дана зависимость длительности элемента последовательности и длительности выходного радиоимпульса от частоты ВЧ-заполнения радиоимпульсов на входе системы мониторинга. На графике рис. 3 дана зависимость ширины спектра элемента последовательности Д/, и ширины спектра радиоимпульса на выходе Д/ от частоты ВЧ-заполнения последовательности на входе системы мониторинга.
Существенное уменьшение ширины спектра сформированного системой мониторинга относительно ширины спектра элемента ФМн последовательности (примерно в 1000 раз) обеспечивает соот-
петствующее улучшение отношения сигнал/шум. Достоинствами предлагаемого нетрадиционного построения системы мониторинга сигналов диапазона ДКМВ являются возможность обнаружения слабі,їх сигналов при отсутствии априорной информации о параме трах входной последовательности. Кроме тот, применение в системе мониторинга гетеродинов с кварцевой стабилизацией частоты облегчает требование к построению фильтров на выходе системы.
Библиографический список
1. Бакин. С. Д., Шустов, Д. М. Основы радиопротиводействия и радиотехнической разведки (Текст) /С. /V Вакин.Л. 11. Шустов. — М.: Сов. радио, 1968. — 448 с.
2. Алебастров, В. Л. Основы загорнзонтной радиолокации [Текст) / В. А. Алебастров. Э. Ш. Гойхмап, И. М. Замори и и др., под ред. А. А. Колосова. — М.: Радио и связь. 1984. — 256 с.
3. Мищенко, Ю. А. Загоризиктнаи радиолокация (Текст) / Ю. А. Мищенко. — М.: Воениздат, 1972. — 96 с.
4. Варакин. Л. Е Системы связи с шумонодобными сигналами (Текст) / Л. Е. Варакин. — М.: Радио и связь, 1983. — 384 с.
5. Золотарев, И. Д Нестационарные процессы в резонансных усилителях фазово-импульсных измерительных систем (Текст) / И. Д. Золотарев; отв. ред К. Б. Кара идее в. — Новосибирск: Наука СО АН СССР. 1969.— 176с.
ЗОЛОТАРЁВ Илья Давыдович, доктор технических наук, профессор кафедры экспериментальной физики и радиофизики.
Адрес для переписки: e-mail: izololarev@navsystem.ru БЕРЕЗОВСКИЙ Владимир Александрович, кандидат технических наук, профессор кафедры экспериментальной физики и радиофизики.
Статья поступила в редакцию 23.12.2009 г.
© И. Д. Золотарёв, В. Л. Березовский
