CC BY
416
1 ‘НІНИ
І НІШ НІНІ
Ек
шш*
АШИХМИН Александр Владимирович,
доктор технических наук КОЗЬМИН Владимир Алексеевич, кандидат технических наук ПЕРШИН Павел Викторович ПОЛЯКОВ Александр Владимирович СЕРГИЕНКО Александр Ростиславович РЕМБОВСКИЙ Анатолий Маркович, доктор технических наук
ЦИФРОВЫЕ РАДИОПРИЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА СЕМЕЙСТВА АРГАМАК С УЛУЧШЕННЫМИ ТЕХНИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Целью настоящей работы является рассмотрение конструктивных и схемотехнических особенностей, а также функциональных возможностей ЦРПУАРГАМАК-2К, АРГАМАК-М, АРГАМАК-ПЛЮС и цифрового измерительного приемника АРГАМАК-ИС, построенного на базе модулей АРГАМАК-ПЛЮС [3].
Цифровые радиоприемные устройства (ЦРПУ), применяемые компанией ИРКОС для систем радиоконтроля, за двадцать лет истории компании постоянно совершенствовались, при этом можно выделить несколько поколений приборов [1].
Цифровыми приемниками первого поколения выступали импортные связные радиоприемные устройства вместе с блоками цифровой обработки сигналов (ЦОС) собственной разработки и производства. Модернизация импортных приемников сводилась к минимуму: на аналоговые выходы промежуточной частоты устанавливались буферные усилители для подачи сигнала на блок ЦОС, монтировался выключатель цепи АРУ в целях обеспечения возможности работы в режиме панорамного обзора с постоянным коэффициентом передачи тракта.
Основой ЦРПУ второго поколения являлись также импортные аналоговые
радиоприемники, однако теперь они подверглись более глубоким усовершенствованиям. Помимо установки дополнительных буферных усилителей на аналоговых выходах промежуточной частоты и переключателя для размыкания цепи АРУ, применялись блоки синтезаторов частоты собственной разработки в целях сокращения времени настройки приемника на заданную частоту и повышения скорости панорамного обзора.
Опыт эксплуатации аппаратуры первого и второго поколения показал существенные недостатки и ограничения, вызванные применением связных приемников импортного производства в качестве аналоговой части ЦРПУ. Большая неравномерность коэффициента передачи, высокий уровень шума, недостаточный динамический диапазон, наличие значительного количество пораженных частот, скорость перестройки не более 50 МГц/с сделали
необходимым проектирование полностью собственного приемника.
В 1999 г. увидело свет ЦРПУ третьего поколения, получившее название АРК-ЦТ1. Приемник имел аналоговую и цифровую часть собственной разработки, обеспечивал приемлемые по тем временам технические характеристики: рабочий диапазон 20 —
2020 МГц, полоса пропускания 2 МГц, динамический диапазон по интермодуляции третьего порядка не менее 70 дБ, время перестройки синтезатора частот не более 10 мс, что при полосе пропускания 2 МГц делало возможным выполнение цифрового панорамного спектрального анализа со скоростью до 140 — 150 МГц/с.
Постоянно растущие требования к комплексам радиоконтроля со стороны потребителей, в сочетании с успешно налаженным выпуском одноканального и двухканального ЦРПУ АРК-ЦТ1 и АРК-ЦТ2 третьего поколения, стали
01_2012_8РТ.іпаа 51
Таблица 1. Отличительные особенности ЦРПУ семейства АРГАМАК
Наименование ЦРПУ Конструкция Полоса мгновенного обзора(полоса пропускания), МГц Скорость панорамного спектрального анализа (при перестройке приемника по частоте) Примечание
АРГАМАК состоит из модуля преобразования сигналов АРК-ПС5 и модуля цифровой обработки АРК-ЦО5 5 1600 МГц/с при дискретности спектра 6,25 кГц реализован принцип SDR
АРГАМАК-2К состоит из двух модулей преобразования сигналов АРК-ПС5 и модуля цифровой обработки АРК-ЦО5 10 4500 МГц/с при дискретности спектра 6,25 кГц реализован принцип SDR
АРГАМАК-М один интегрированный модуль аналоговой и цифровой обработки АРК-ЦПС1 8 2500 МГц/c при дискретности спектра 6,25 кГц реализован принцип SDR, обработка сигнала в реальном времени (без пропусков входного сигнала)
АРГАМАК- ПЛЮС состоит из модуля преобразования сигналов АРК-ПС5-ПЛЮС и модуля цифровой обработки АРК-ЦО-ПЛЮС до 24 до 10 ГГц/c при дискретности спектра 25 кГц реализован принцип SDR, обработка сигнала в реальном времени (без пропусков входного сигнала)
базой для разработки ЦРПУ четвертого поколения.
При проектировании аппаратуры четвертого поколения особое внимание уделялось разработке функционально и конструктивно законченных модулей, на основе которых можно строить разные варианты систем радиоконтроля, учитывая требования конкретного потребителя.
В 2003 г. было выпущено на рынок цифровое радиоприемное устройство четвертого поколения АРК-ЦТ3. Рабочий диапазон частот нового приемника составил 9 кГц — 3 ГГц, время перестройки синтезатора частот было не более 5 мс, полоса пропускания приемника увеличилась до 5 МГц, что дало возможность вычисления спектральной панорамы со скоростью более 700 МГц/с. Учитывая накопленный опыт по разработке и производству ЦРПУ, портативных пеленгаторов и аппаратуры ручного пеленгования, а также размещения аппаратуры на различных наземных и воздушных носителях, в 2003 г. была начата разработка портативного ЦРПУ пятого поколения. Новое ЦРПУ, полу-
чившее название АРГАМАК, увидело свет в середине 2004 г.
Цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК по сравнению с приемниками третьего и четвертого поколения имеет в несколько раз уменьшенные массу и габариты. При этом его параметры по точности, чувствительности и динамическому диапазону не хуже, а некоторые превосходят параметры АРК-ЦТ3. Например, время перестройки синтезатора частот не более
2 мс. Еще одной полезной особенностью является возможность выбора полосы пропускания приемника из ряда значений 2, 5 или 10 МГц. Приемник имел стабильные характеристики, возможность подключения внешнего опорного генератора. На базе данного приемника создана линейка цифровых панорамных измерительных приемников АРГАМАК-И, АРГАМАК-ИМ, АРК-КНВ4, АРК-Д1ТР. Дальнейшее развитие семейства цифровых приемников АРГАМАК происходило по двум направлениям. Задачей первого направления было создание радиоприемного устройства, эффектив-
ного для автономного использования в носимом варианте. Определяющими требованиями в данном случае являются малая масса, габариты и энергопотребление при сохранении основных рабочих характеристик. Второе направление определялось требованиями по работе приемника с сигналами современных систем связи и передачи данных. Основные задачи этого направления состояли в расширении полосы пропускания приемника до 24 МГц и повышении быстродействия блока ЦОС. Оба направления, как и более ранние разработки, должны были удовлетворять принципу программно-определяемого радио (Software Defined Radio, SDR), согласно которому оцифрованные радиосигналы преобразуются к нужной форме под управлением встроенного программного обеспечения.
В результате работ по первому направлению в 2009 г. появились одномодульное ЦРПУ АРГАМАК-М, имеющее предельно малые габариты и массу, и двухканальное ЦРПУ АРГАМАК-2К. В ходе работ по второму направлению в 2011 г. начат выпуск ЦРПУ АРГАМАК-
Фото 1. ЦРПУ АРГАМАК-2К
ПЛЮС с полосой пропускания радиоприемного тракта до 24 МГц. Приемники АРГАМАК-М и АРГАМАК-ПЛЮС имеют быстродействие, позволяющее выполнять цифровую обработку сигналов в реальном времени, то есть без пропусков во времени участков входного радиосигнала.
В табл. 1 показаны наиболее важные отличительные особенности приемников семейства АРГАМАК.
Двухканальное панорамное цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК-2К
Целью разработки ЦРПУ АРГАМАК-2К было создание портативного цифрового радиоприемного устройства с двумя когерентными каналами приема и автономным питанием, способного работать в носимых автоматических корреляци-онно-интерферометрических радиопеленгаторах, комплексах поиска взаимных помех, быстро разворачиваемых системах поиска нелицензированных радиоизлучений. Проблемы, которые пришлось решать инженерам в ходе проектирования, состояли в уменьше-
нии массы и габаритов, использовании в двухканальном приемнике автономного питания, возможности работы в широком интервале температур, а также в условиях повышенной влажности и пыли. Внешний вид приемника с закрытой и открытой крышкой аккумуляторного отсека представлен на фото 1. Основными компонентами ЦРПУ АР-ГАМАК-2К являются два модуля аналогового преобразования АРК-ПС5 и один двухканальный модуль цифровой обработки АРК-ЦО10, которые подробно рассмотрены в [1, 2]. Для управления применяется интерфейс ^В 2.0, по нему передаются команды и потоки цифровых данных: радиосигналы, спектры и демодулированные сигналы. Интерфейс RS-485 используется для подключения внешних устройств, в качестве которых могут применяться антенные системы для автоматического пеленгования АС-НП1 (110...3000 МГц), АС-НП2 (3.8 ГГц) и АС-НП0 (1,5.30 МГц), устройство управления и отображения АРК-ПП, преобразователь сигналов АРК-КНВ4 и другие приборы [1 — 3].
Приемник АРГАМАК-2К содержит
встроенный блок питания с десятью №МН-аккумуляторами, один комплект которых обеспечивает не менее четырех часов автономной работы. Для питания и заряда аккумуляторов может использоваться любой источник постоянного тока с напряжением 9 — 32 В.
Приемник имеет прочный защищенный корпус в виде кейса, имеющий степень защиты не хуже 1Р64 (пыленепроницаемый, защита от брызг воды, падающих с любого направления). Все внешние электрические соединения осуществляются через герметичные разъемы, расположенные на боковой поверхности корпуса. Масса приемника с комплектом аккумуляторов не превышает 5,5 кг. Габаритные размеры не более 330x250x170 мм.
Каждый канал приемника имеет диапазон рабочих частот от 9 кГц до 3000 МГц. Возможна работа каналов как в когерентном режиме, когда два канала синхронизируются от общих гетеродинов, так и независимо друг от друга. Когерентный режим позволяет применять АРГАМАК-2К в автоматических корреляционно-интерфероме-трических пеленгаторах, в системах поиска взаимных помех, комплексах поиска нелицензированных радиоизлучений. В то же время независимая работа каналов обеспечивает максимальную скорость сканирования, при этом приемные каналы настраиваются со смещением на ширину полосы одновременного анализа, это позволяет почти в два раза увеличить скорость панорамного анализа.
При панорамном спектральном анализе в полосе частот, превышающей полосу одновременной обработки, блок аналогового преобразователя радиосигналов перестраивается по частоте. При среднем времени перестройки синтезатора 2 мс и дискретности спектра 6,25 кГц, скорость панорамного анализа приемника при независимой работе каналов составляет не менее 4500 МГц/с.
Цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК-М
Цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК-М состоит из аналогового преобразователя радиосигналов и узла аналого-цифровой обработки,
Фото 2. ЦРПУ АРГАМАК-М
выполненных в виде единого модуля АРК-ЦПС1 на одной печатной плате. Плата имеет стандартные размеры 100x160 мм и содержит около 2000 элементов. Одноплатная конструкция позволила минимизировать размеры ЦРПУ, при этом технические параметры по быстродействию спектрального анализа, линейности радиоприемного тракта, избирательности по побочным каналам приема, качеству демодуляции не уступают ЦРПУ АРГАМАК.
Встроенное автономное питание от девяти аккумуляторов размера АА обеспечивает непрерывную работу длительностью не менее 2 ч. С помощью допол-
Фото 3. Печатная плата ЦРПУ АРГАМАК-М
нительного комплекта аккумуляторов можно расширить время непрерывной работы до 8 ч. Масса приемника с комплектом аккумуляторов составляет
1,5 кг. Габариты приемника 110x60x240 мм. Внешний вид приемника показан на фото 2, его печатная плата — на фото 3, структурная схема — на рис. 1. Аналоговая часть приемника выполнена по супергетеродинной схеме с двумя преобразованиями частоты и перестраиваемыми фильтрами в блоке предварительной селекции. Приемник обеспечивает прием радиосигналов в диапазоне частот от 9 кГц до 3000 МГц, а при подключении внешнего конвертора АРК-КНВ4 — в диапазоне частот
до 18 ГГц. Выходным сигналом аналогового преобразователя является сигнал ПЧ 41,6 МГц. Настройка фильтров предварительной селекции, синтезаторов частот, параметров других узлов преобразователя осуществляется по шине управления RS-485.
Узел аналого-цифровой обработки использует принцип SDR, набор функций определяется загруженным программным обеспечением. В состав блока входит ПЛИС и управляющий процессор с интерфейсом USB 2.0, а также FLASH-память для загрузки программного обеспечения. Алгоритмы параллельной обработки данных в ПЛИС позволяют реализовать непрерывную обработку сигнала без потери данных в полосе до 8 МГц.
При частоте дискретизации 12,8 МГц и размерности БПФ N = 512 комплексных точек дискретность спектра по частоте составляет Af = 12,8/512 МГц = 25 кГц, а длительность временной выборки At = 512/12,8 МГц = 40 мкс. При этом за одну секунду вычисляется n = 1/At = 1/40 мкс = 25000 спектров. Следовательно, при полосе пропускания AF = 8 МГц скорость спектрального анализа составляет AF*n = 8*25000 = 200 ГГц/c.
Если используется размерность БПФ N = 32 комплексных точки, длитель-
Х1.1 25 - 3000 МГц
Атт 0...-30 дБ
Блок преселекторов Канал 25-3000 МГц
-и ппф 4.1(1,6-3,0 то И
-и ППФ 4.2 (0,85- 1,6 ГГц) И
-и ППФ 4.3 (465 - 850 МГц) И
-н ППФ 4.4 (225 - 465 МГц) И
-»| ППФ 4.5 (110 - 225 МГц) И
-и ППФ 4.6 (53-110 МГц) И 1
ППФ 4.7 (25 - 53 МГц) И
RS-485
RS-485
Блок
питания
Шины и линии
управления +5 В t (д)
N
у управления
.ОГ
вых./вх. ОГ
Рис. 1. Структурная схема ЦРПУ АРГАМАК-М
Фото 4. Печатная плата АРК-ПС5-ПЛЮС
Рис. 2. Вероятностный спектр GSM-сигналов
ность выборки составляет Лt = 2,5 мкс. При этом за одну секунду вычисляется 400 000 спектров, что соответствует скорости спектрального анализа 3200 ГГц/с. Это позволяет обнаруживать импульсные сигналы длительностью менее 1 мкс.
Анализ спектра в реальном времени с представлением информации в виде плотности вероятности уровней спектральных составляющих (вероятностный спектр) позволяет надежно обнаруживать и различать в одной полосе частот пакетные сигналы различных источников. Пример полученного таким образом вероятностного спектра сигналов GSM приведен на рис. 2. Вычисление спектра в реальном времени в сочетании с вторичной обработкой полученных спектров позволяет обнаруживать и различать кратковременные сигналы с длительностью менее микросекунды, в том числе действующие в одной полосе частот.
При панорамном спектральном анализе в полосе частот, ширина которой превышает полосу одновременной обработки, аналоговый преобразователь радиосигналов перестраивается по частоте, что замедляет скорость анализа спектра. При времени перестройки синтезатора частот 2 мс и дискретности спектра 6,25 кГц скорость панорамного анализа приемника составляет не менее
2,5 ГГц/с.
Цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК-ПЛЮС
Цифровое радиоприемное устройство АРГАМА^ПЛЮС состоит из двух
модулей: ВЧ-ОВЧ-СВЧ преобразователя радиосигналов АРК-ПС5-ПЛЮС и модуля цифровой обработки сигналов АРК-ЦО-ПЛЮС, каждый из которых выполнен в виде отдельной многослойной печатной платы размером 160x100 мм, представленных соответственно на фото 3 и 4. Структурная схема АРК-ПС5-ПЛЮС представлена на рис. 3. При разработке аналогового преобразователя были сохранены основные характеристики предшественника, взятого за основу преобразователя АРК-ПС5:
♦ рабочий диапазон частот от 9 кГц до
3 ГГц;
♦ двойное преобразование частоты в диапазоне от 25 до 3000 МГц и одно в диапазоне от 9 кГц до 30 МГц;
♦ скорость перестройки синтезатора частот не более 2 мс;
♦ два выхода сигнала ПЧ;
♦ возможность синхронизации от внешнего опорного генератора (ОГ), а так же выдача сигнала встроенного ОГ на выход;
♦ работа от внешних гетеродинов, а так же выдача сигналов внутренних гетеродинов на выход.
Основные отличия АРК-ПС5-ПЛЮС состоят в следующем:
♦ ширина полосы выходного сигнала составляет до 24 МГц;
♦ центральная частота выходного сигнала ПЧ равна 70 МГц;
♦ по входу в диапазоне 25 — 3000 МГц используется программно отключаемый предварительный усилитель.
Использование отключаемого предварительного усилителя позволило расширить динамический диапазон принимаемых сигналов: при включе-
Фото 5. Печатная плата АРК-ЦО-ПЛЮС
нии усилителя существенно снижается коэффициент шума, что позволяет осуществлять прием и обработку слабых сигналов; при выключенном усилителе устройство имеет высокую линейность, что позволяет осуществлять прием и обработку мощных сигналов. Модуль АРК-ПС5-ПЛЮС разрабатывался совместно с модулем цифровой обработки АРК-ЦО-ПЛЮС, при этом в ходе проектирования было перераспределено общее усиление и величина избирательности по побочным каналам приема.
Модуль ЦОС АРК-ЦО-ПЛЮС также выполнен в виде восьмислойной печатной платы с размерами 160x100 мм. Имеются два когерентных канала обработки, каждый канал имеет по два коммутируемых входа. На входы могут подаваться сигналы промежуточной частоты 70 МГц с полосой до 24 МГц или низкочастотные сигналы с полосой от 9 кГц до 30 МГц. Структурная схема модуля ЦОС приведена на рис. 4. Необходимая фильтрация оцифрованного входного сигнала осуществляется цифровыми фильтрами, реализованными на ПЛИС. Там же выполняется последующая обработка сигналов, например, обнаружение сигнала, вычисление спектров с различным разреше-
►- Orp J-jsrajL
Агг 0...-30 дБ
Orp
0,009 ^30 МГц
Агг 0...-30 дБ
Блок преселекторов Канал 25 - 3000 МГц
1600-3000 МГц
800 1600 МГц
465-850 МГц
Комм
1/2
Комм
2/1
п 0,009 - 30 МГц
4,5-12 МГц »
1,5 -4,5 МГц ►
0,009 -1,5 МГц
Модуль переноса частот 1
Гетеродин 730 - 2400 МГц
Комм
2/1
Х12 вых/вх -----► Гет. 1
ye<pjj
Модуль фильтров ПЧ 1
Комм
2/1
Комм
1/4
280 МГц
>| 342 МГц |
Комм
2/1
»| 706 МГц |-
6 МГц \-
Комм
3/1
(Модуль переноса частот 1
ОГ
ГУН 70- 100 МГц
I
Система
ФАГІЧ
БУФ
Г
ог.
Модуль переноса частот 2
С
Гетеродин 200 - 600 МГц
Комм
2/1
Комм
2/1
Пресел.
25 - 3000 МГц
вых/вх Гет. 3
вых/вх Гет. 2
Модуль фильтров ПЧ2
Комм Комм
2/1 1/2
| ПФ 70 (24 МГц)
І ПФ 70 (0,5 МГц)
Коммутатор выходов ПЧ I
—*R1—► БУФ
Комм Ц I _________
2/1 —*—. ------
.J і_____
Комм
2/1
ІХ10 ПЧ 1 I
ІХ2-3 ПЧ2
-ЗВ +3,3 В +5 В +15 В +25 В t t t t t
X3/X2-5
Блок питания
Шины управления RS-485/USB f f f ... f X3/X2-5 $ ‘
X4$
JTAG,
Блок управления
Г |ОГ 1
Опорный Х2-9
генератор вых/вх ОГ
Термостат
Рис. 3. Структурная схема АРК-ПС5-ПЛЮС
нием по частоте, усреднение спектров сигналов, поиск максимальных значений, накопление вероятностного спектра и т.д. Кроме того, обеспечивается управление внешними устройствами по последовательному интерфейсу RS-485, например конвертором АРК-КНВ4. Модуль АРК-ЦО-ПЛЮС может управляться от выносного пульта управления или от ПЭВМ по интерфейсу USB или Ethernet.
В табл. 2 представлены технические параметры ЦРПУ АРГАМАК-ПЛЮС, значения которых отличаются от параметров приемника АРГАМАК.
В ЦРПУ АРГАМАК-ПЛЮС также используется принцип SDR, алгоритм цифровой обработки сигналов может гибко меняться в процессе работы в зависимости от задач, решаемых с помощью приемника. В частности, при спектральном анализе сигналов может варьироваться полоса основной селекции и дискретность вычисления спектральных отсчетов. Чем шире полоса основной селекции и больше дискретность спектра, тем выше будет скорость панорамного спектрального анализа, но хуже разрешение сигналов по частоте.
Таблица 2. Отличительные особенности ЦРПУ АРГАМАК-ПЛЮС
Наименование параметра Значение
Максимальная полоса обрабатываемых частот (МГц) в диапазоне: • 0,009 - 25 • 25 - 110 • 110 - 220 • 220 - 18000 1 МГц 5 МГц 10 МГц 24 МГц
Скорость панорамного анализа в рабочем диапазоне частот до 10 ГГц/с
Минимальная длительность обнаруживаемого сигнала в полосе одновременного анализа (без перестройки РПУ) 1 мкс
Интерфейс управления и передачи данных ШБ 2.0 или БШете1
Выход сигнала ПЧ для подключения внешних приборов 70 МГц
В табл. 3. приведены возможные режимы спектрального анализа принимаемых радиосигналов и указана скорость спектрального анализа, выраженная в мегагерцах в секунду. Первое значение соответствует скорости спектрального анализа в полосе основной селекции без перестройки приемника. Второе значение, отделенное точкой с запятой от первого, соответствует скорости панорамного спектрального анализа, когда приемник, перестраиваясь по частоте, вычисляет
спектр сигналов в диапазоне частот, ширина которого превышает полосу основной селекции.
Скорость панорамного спектрального анализа, ввиду затрат времени на перестройку приемника по частоте, оказывается ниже скорости вычисления спектра в полосе основной селекции. При дискретности спектра 25 кГц для полосы основной селекции 24 МГц без перестройки приемника по частоте скорость вычисления спектра составляет 600 ГГц/с, а скорость пано-
Рис. 4. Структурная схема АРК-ЦО-ПЛЮС
Таблица 3. Скорость спектрального анализа ЦРПУАРГАМАК-ПЛЮС
Дискретность спектра Динамический диапазон, дБ Полоса основной селекции АРГАМАК-ПЛЮС Пояснение
24 МГц 10 МГц 5 МГц 2 МГц 1 МГц 500 кГц 250 кГц
25 кГц 87 600000; 10000 250000; 4900 125000; 2400 50000; 980 25000; 490 12500; 245 6250; 120 высокая скорость анализа спектра. Обнаружение импульсных сигналов. Аппаратный расчет БПФ < 1024 точки
12,5 кГц 90 300000; 10000 125000; 4800 62500; 2300 25000; 950 12500; 480 6250; 240 3125; 120
6,25 кГц 93 150000; 10000 62500; 4500 31000; 2200 12500; 920 6250; 460 3125; 230 1560; 110
3,125 кГц 96 75000; 10000 31250; 4300 15600; 2100 6000; 800 3125; 430 1560; 200 781; 100
1,5625 кГц 99 37500; 9000 15600; 3700 7800; 1800 3125; 750 1500; 350 781; 180 390; 90
781,25 Гц 102 18750; 7300 7800; 3000 3900; 1500 1560; 600 781; 300 390; 150 195; 75
390,63 Гц 105 9375; 5200 3900; 2100 1900; 1000 781; 430 390; 220 195; 100 97; 50
195,31 Гц 108 4600; 3300 1900; 1400 970; 700 390; 280 195; 140 97; 70 48; 35 высокое разрешение. Аппаратный расчет БПФ от 2048 до 16384 точек
97,65 Гц 111 1500; 1500 970; 800 480; 400 195; 160 97; 81 48; 40 24; 20
48,83 Гц 114 500; 500 480; 440 240; 220 97; 88 48; 44 24; 22 12; 11
24,41 Гц 117 150; 150 200; 200 120; 110 48; 46 24; 23 12; 11 6.1; 5.8
12,21 Гц 120 50; 50 70; 70 61; 59 24; 23 12; 11 6.1; 5.9 3.0; 2.9 сверхвысокое разрешение. Программный расчет БПФ 32768 и более точек
6,10 Гц 123 19; 19 20; 20 30; 30 12; 12 6.1; 6.0 3.0; 3.0 1.5; 1.5
рамного спектрального анализа, когда приемник перестраивается по частоте, составляет 10 ГГц/с.
Градациями цвета условно выделены три режима цифровой обработки сигналов в приемнике, имеющие следующие особенности:
♦ высокая скорость спектрального анализа при аппаратном вычислении БПФ внутри АРК-ЦО-ПЛЮС для поиска коротких импульсных и пакетных сигналов;
♦ высокое спектральное разрешение при аппаратном вычислении БПФ внутри АРК-ЦО-ПЛЮС;
♦ сверхвысокое спектральное разрешение при дискретности спектра до единиц герц и вычислении БПФ в управляющей ПЭВМ.
Измерительный панорамный цифровой приемник АРГАМАК-ИС
Прогрессивные технические решения, положенные в основу ЦРПУ АРГАМАК-ПЛЮС, современная технология производства и настройки обеспечили высокие технические параметры по быстродействию, линейности, чувствительности тракта и стабильности характеристик, что позволило разработать на его основе панорамного измерительного приемника (панорамного измерителя напряженности поля) АРГАМАК-ИС. Структурная схема ЦРПУ АРГАМАК-ИС представлена на рис. 5.
Приемник состоит из блока выносного датчика поля и блока приема и обработки в термо- и влагозащищенном корпусе (фото 7), в котором находятся следующие основные элементы:
♦ модуль приема и преобразования сигналов АРК-ПС5-ПЛЮС;
♦ модуль цифровой обработки АРК-ЦО-ПЛЮС;
♦ конвертор АРК-КНВ3;
♦ высокостабильный рубидиевый опорный генератор АРК-ОГ1;
♦ блок коммутации;
♦ блок питания;
♦ ЭВМ-контроллер;
♦ система температурного контроля;
♦ связное оборудование для передачи данных по радиоканалу.
Основные элементы приемника, кроме ЭВМ-контроллера и связного оборудования, размещены в едином корпусе, как показано на фото 6. Управ-
Фото 6. ЦРПУ АРГАМАК-ИС
ление приемником осуществляется по радиоканалу или сети ЕШегпе1. Применяемые в блоке коммутации технические решения, в том числе предварительный усилитель и высококачественные аттенюаторы, сделали возможным измерение сигналов с мощностью до 2 Вт (140 дБмкВ) и точностью не хуже ±1 дБ, реализацию режимов «Малые шумы», «Малые искажения» и «Норма», обеспечили динамический диапазон до 150 дБ.
Для необслуживаемого варианта используется термо- и влагозащищенный корпус, что позволяет размещать его вне помещений. Управление и передача данных осуществляется по кабелю ЕШегпе1;, при этом возможно применение кабеля управления длиной до 100 м. Поскольку сигналы передаются в цифровом виде, антенный эффект и какое-либо ослабление сигналов отсутствуют. Измерительный приемник имеет коммутируемые диапазонные входы и помимо штатной антенны — блока выносного датчика поля (БВДП), к нему может быть подключено несколько измерительных антенн, установленных на устройстве поворота и смены поляризации, как показано фото 8. Технические характеристики АРГАМАК-ИС удовлетворяют рекомендациям Международного союза электросвязи [4], их значения приведены в табл. 4. В число типовых измерений параметров радиосигналов входят [5]:
♦ пиковое, квазипиковое, среднеквадратическое и среднее значения напряженности поля и плотности потока мощности;
♦ частота радиоизлучений (немо-дули-рованных сигналов, сигналов с аналоговой амплитудной и частотной модуляцией, сигналов с цифровыми видами модуляции);
♦ ширина полосы радиосигналов по методам «X дБ» и «^/2»;
♦ коэффициент амплитудной модуляции;
♦ девиация частоты сигналов с частотной модуляцией;
♦ разнос частот сигналов с частотной манипуляцией;
♦ скорость модуляции сигналов с цифровыми видами модуляции;
♦ частота поднесущей для стереофонического радиовещания с ЧМ;
♦ занятость частотных каналов. Обеспечивается декодирование и анализ служебной информации цифровых сетей связи GSM, UMTS, CDMA, TETRA, DECT, DVB-T/H.
Заключение
В работе рассмотрены конструктивные и схемотехнические особенности, а также технические параметры цифровых радиоприемных устройств семейства АРГАМАК с улучшенными техническими характеристиками: АРГАМАК-2К, АРГАМАК-М, АРГАМАК-ПЛЮС и АРГАМАК-ИС. Портативное двухканальное цифровое радиоприемное устройство АРГАМАК-2К используется в носимых автоматических радиопеленгаторах, работающих по принципу корреляционного интерферометра, а также в системах поиска нели-цензированных радиоизлучений. Приемник имеет прочный корпус со степенью защиты не хуже IP64, широкий рабочий температурный диапазон, масса приемника не превышает 5,5 кг, скорость панорамного обзора составляет 4,5 ГГц /с. Время автономной работы от одного комплекта аккумуляторов не менее
4 ч. Помимо задач обнаружения и пеленгования сигналов, приемник позволяет осуществлять анализ сигналов GSM, UMTS, CDMA, TETRA и DECT.
GPS-
Рис. 5. Структурная схема измерителя напряженности поля АРГАМАК-ИС
Таблица 4. Технические характеристики Аргамак-ИС
Основные технические характеристики
Диапазон рабочих частот, МГц 0,009 - 8000
Скорость сканирования при контроле занятости радиочастотного спектра в диапазоне рабочих частот с частотным разрешением 10 кГц, не менее, МГц/с 10000
Полоса одновременного анализа для выполнения измерений (ширина полосы пропускания основного канала приема), МГц до 22
Чувствительность обнаружения (при дискретности спектра 3 кГц и отношении сигнал/шум 10 дБ), не более, мкВ 1
Ослабление по побочным каналам на зеркальных и промежуточных частотах, не менее, дБ 80 (допускается ограниченное число участков частот с избирательностью не менее 70 дБ)
Дискретность настройки по частоте, Гц 1
Коэффициент шума, не более, дБ 12
Точка пересечения по интермодуляции второго порядка 1Р2, не менее, дБмВт 40
Точка пересечения по интермодуляции третьего порядка 1Р3, не менее, дБмВт 10
Уровень фазового шума гетеродина относительно основного излучения при отстройке на 10 кГц, дБ/Гц 100
Пределы измерения уровня входного радиосигнала, дБмкВ -10... + 140
Диапазон АРУ, не менее, дБ 120
Детектирование, виды модуляции АМ, ЧМ, ОБП, АТ
Протокол дистанционного управления Ethernet TCP/IP
Декодирование служебной информации сигналов цифровых систем связи GSM, IMT2000/UMTS, TETRA, DECT, DVB-T/H
5
Дистанционное управление по радиоканалу IMT2000/UMTS GSM (GPRS, EDGE), возможно управление по другим стандартам, например модемами TETRA или 3G
Напряжение питания постоянного тока, В 21 - 30
Потребляемая мощность, не более, Вт 150
Изделие может эксплуатироваться при температурах: • при измерении параметров сигналов, °С • при измерении напряженности поля, °С -40... + 55 -20... + 55
Погрешности измерений параметров радиосигналов
Погрешность измерения уровня синусоидального сигнала, не более, дБ ±1 (с калибровкой — не более 0,5)
Погрешность измерения напряженности электрического поля (ЛК — погрешность коэффициента калибровки измерительной антенны), не более, дБ ±3 при измерении встроенным датчиком поля; не более ± (1+ЛК) по коммутируемым входам внешних антенн; не более ± (0,5+ЛК) по коммутируемым входам внешних антенн с калибровкой
Погрешность измерения плотности потока мощности электромагнитного поля (ЛК — погрешность коэффициента калибровки измерительной антенны), не более, дБ ±3 при измерении встроенным датчиком поля; не более ± (1+ЛК) дБ по коммутируемым входам внешних антенн; не более ± (0,5+ЛК) дБ по коммутируемым входам внешних антенн с калибровкой
Относительная погрешность измерения частоты немодулированного сигнала и АМ-сигнала, не более 1х10-9
Погрешность измерения частоты сигналов с широкополосной ЧМ (вещательные станции), не более, Гц 10
Относительная погрешность измерения частоты сигналов с узкополосной ЧМ, не более 10-8
Относительная погрешность измерения частоты цифровых сигналов с некогерентной модуляцией (ЧМн), не более 2х10-7
Относительная погрешность измерения частоты цифровых сигналов с когерентной модуляцией (ММС, ФМн), не более 10-8
Погрешность измерения частоты цифровых сигналов без характерных частот с шириной полосы более 300 кГц, не более, кГц 5
Погрешность измерения ширины полосы по методу X дБ, не более, % 5
Погрешность измерения ширины полосы по методу р/2, не более, % 5
Погрешность измерения коэффициента амплитудной модуляции, не более, % 7
Погрешность измерения девиации частоты сигналов с ЧМ, не более, % 5
Погрешность измерения разноса частот ЧМн сигналов, не более, % 5
Погрешность измерения скорости модуляции, не более, % 1
Относительная погрешность измерения частоты поднесущей сигналов стереофонического ЧМ радиовещания, не более 10-5
Погрешность измерений занятости частотного канала, не более, % 1
Одноплатный цифровой радиоприемник АРГАМАК-М вместе со встроенной аккумуляторной батареей имеет массу не более 1,5 кг. От одного комплекта аккумуляторов обеспечивается работа в течение 2 ч. При полосе мгновенного обзора 8 МГц приемник обрабатывает сигналы в реальном времени
без пропусков данных, например, при дискретности спектра 25 кГц скорость спектрального анализа составляет 200 ГГц/с. При панорамном спектральном анализе, когда приемник перестраивается по частоте, скорость панорамного обзора составляет не менее 2,5 ГГц/с. Приемник особенно удобен для ис-
пользования в ручных радиопеленгаторах, при этом отображение вероятностного спектра в реальном времени делает возможным раздельное пеленгование радиосигналов, работающих в одной полосе частот, в том числе пакетных радиосигналов, сигналов радиолокационных станций. Помимо анализа
Фото 7. Блок приема и обработки АРГАМАК-ИС и БВДП на стойке
Фото 8. Измерительные антенны на поворотном устройстве
сигналов GSM, UMTS, CDMA, TETRA, DECT приемник позволяет осуществлять анализ сигналов DVB-T/H. Цифровой панорамный радиоприемник АРГАМАК-ПЛЮС конструктивно состоит из двух модулей. Его особенностью является полоса мгновенного обзора 24 МГц, а также высокое быстродействие, что позволяет обрабатывать входные сигналы в реальном времени. Скорость спектрального анализа при дискретности спектра 25 кГц составляет B00 ГГц/c, скорость панорамного спектрального анализа 10 ГГц/c. Прогрессивные технические решения, положенные в основу ЦРПУ АРГАМАК-ПЛЮС, современная технология производства и настройки обеспечили высокие технические параметры по быстродействию, линейности, чувствительности тракта и стабильности характеристик, что позволило разработать панорамный измерительный приемник АРГАМАК-ИС, имеющий высокие технические и метрологические параметры, которые соответствуют рекомендациям Международного союза электросвя-
зи. Приемник обеспечивает все необходимые виды измерений параметров радиосигналов, включая напряженность электромагнитного поля, частоту и ширину полосы радиоизлучений, а также многие другие параметры. Обеспечивается декодирование и анализ служебной информации
цифровых сетей связи GSM, UMTS, CDMA, TETRA, DECT, DVB-T/H.
Все цифровые панорамные приемники семейства АРГАМАК имеют унифицированное управление по сетевому открытому протоколу и могут быть использованы в составе сложных распределенных систем радиоконтроля ■
Литература
1. Рембовский А.М., Ашихмин А.В., Козьмин В.А. Радиомониторинг: задачи, методы, средства./Под редакцией А.М. Рембовского. - Изд. 2. - М: Горячая линия
- Телеком, 2010. - 624 с.
2. Ашихмин А.В., Король Е.В., Козьмин В.А., Рембовский А.М., Сергиенко А.Р. Особенности построения и технические характеристики панорамных измерительных приемников семейства «АРГАМАК»./Спецтехника и связь, 2008. - № 3. - С. 50 - 59.
3. Каталог компании ИРКОС, 2012.
4. Spectrum monitoring handbook. ITU. Radiocommunication Bureau. - Geneva, 2011.
- 678 p.
5. Измерение параметров излучений радиоэлектронных средств цифровыми измерительными радиоприемными устройствами «АРГАМАК-И», «АРГАМАК-ИМ», «АРГАМАК-ИС». Свидетельство об аттестации методики измерений, излучаемых радиоэлектронными средствами. № 206/000265/2011 от 01.02.2011 г. Зарегистрировано в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений ФР 1.38.2011.10001
