Моделирование работы системы стробоскопической обработки широкополосных радиосигналов в синхронном режиме

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ СИСТЕМЫ СТРОБОСКОПИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ РАДИОСИГНАЛОВ В СИНХРОННОМ РЕЖИМЕ

О.В. Пак

ООО “Аверия Электроникс”,

В.Д. Захарченко

ВолГУ, Волгоград, Россия

Приведены результаты полунатурного моделирования работы стробоскопической РЛС в режиме синхронизации частоты повторения зондирующих радиоимпульсов второй гармоникой промежуточной частоты радиоимпульсного преобразователя. Показано, что сдвиг несущей частоты стробирующего радиоимпульса на величину первой субгармоники частоты повторения позволяет преобразовать фазовую структуру радиосигнала в модуляцию огибающей без применения дополнительных фазочувствительных элементов.

Ключевые слова: стробоскопическое преобразование широкополосных радиосигналов, стробоскопическая РЛС, синхронизация частот.

O.V. Pak, V.D. Zakharchenko

MOdeling of the sampling gate processing system's work of broadband radio signals in the synchronous mode

The abstract should not exceed 250 words and is an obligatory part of the publication. The abstract should contain the main results of the work described in the report, without repeating the title and citation references.

Keywords: paper template; formatting; style; formulas; (other keywords).

Введение

В ряде задач ближней радиолокации и импульсной рефлектометрии представляет интерес преобразование временного масштаба периодической последовательности радиосигналов СВЧ диапазона наносекундной длительности вида в низкочастотный сигнал. Подобное преобразование можно осуществить в схеме радиоимпульсного стробирования с непропорциональным изменением несущей частоты [1-3], реализующей принцип супергетеродинного приема, математическая модель которой представляет собой коррелятор разностной частоты (рис. 1). Необходимая периодичность преобразуемого сигнала сравнительно легко может быть обеспечена в системах малой дальности [4,5].

Рис. 1. Математическая модель стробоскопического преобразователя: M - перемножитель; LPF - низкочастотный фильтр

Синхронный режим работы стробоскопической РЛС

Стробоскопические системы обработки широкополосных сигналов, как правило, используются для обработки периодической последовательности видеоимпульсов [1,6]. Использование широкополосных радиосигналов позволяет получить информацию о тонкой структуре отраженных от цели сигналов, которая может использоваться в задачах идентификации целей [7].

«Синхронный» режим работы стробоскопической РЛС предполагает синхронизацию разностной частоты преобразованного сигнала одной из гармоник частоты следования зондирующих радиоимпульсов [5]. В этом режиме происходит попарное взаимодействие спектральных составляющих выходного сигнала на частотах:

, (1)

где p и k - целые числа. Спектральные составляющие преобразованного сигнала в таком случае будут располагаться точно посредине между гармониками частоты повторения, как показано на рисунке 2. В общем случае значение можно выбрать из соотношения:

, (2)

где m = 0, 1, 2 ….

Для моделирования работы системы радиоимпульсного стробирования в синхронном режиме, разработанный ранее макет стробоскопического преобразователя [5], был модифицирован по схеме, представленной на рисунке 3.

Рис. 2. Спектральные составляющие сигнала на выходе стробоскопической РЛС, работающей в «синхронном» режиме

Работой макета управляет программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС, FPGA) Spartan-6 (компании XILINX), с тактовой частотой до 1080 МГц. Применение ПЛИС в цифровой системе стробоскопической обработки широкополосных радиосигналов позволяет максимально снизить задержки распространения управляющих сигналов в тракте стробоскопического преобразователя, что наиболее актуально при исследованиях синхронного режима работы всей системы.

стробоскопический радиолокационный синхронизация

Рис. 3. Макет радиоимпульсного стробоскопического преобразователя.

Микроконтроллер К1 (ATmega16) служит для настройки генераторов DDS1 и DDS2 на заданную частоту. Мультиплексоры МUX1 и МUX2 используются в качестве цифровых радиопереключателей, коммутируя прохождение непрерывного гармонического радиосигнала на перемножитель (М). Управляет компонентами МUX1 и МUX2 программируемая логическая схема Spartan-6, которая формирует радиосигнал и радиостробы с заданными параметрами. Сигнал разностной частоты с выхода перемножителя поступает на вход фильтра нижних частот (LPF), с частотой среза порядка 22 кГц, затем оцифровывается (АDS) и передается в персональный компьютер (PC), для последующего анализа.

Полунатурное моделирование синхронного режима работы стробоскопической РЛС обработки широкополосных сигналов производилось со следующими параметрами макета: несущая частота радиосигнала = 10,010 МГц; несущая частота радиостроба = 10,0 МГц; частота повторения зондирующих радиоимпульсов щ_p= 20,0 кГц; шаг считывания ДФ= 20,0 нс; период следования радиоимпульсов Т= 50 мкс; длительность радиоимпульса : 30,0 мкс; период следования радиостробов: Т+ДФ; длительность радиостроба : 1 мкс. Коэффициент спектральной трансформации составлял N =2450.

При заданных параметрах сигналов макета, восстановленная огибающая радиосигнала формируется на низкой промежуточной частоте = 10 кГц. Синхронизация частоты следования щ_p зондирующих радиоимпульсов производится второй гармоникой промежуточной частоты : .

Рис. 4. Фрагменты сигнала на выходе стробоскопического преобразователя: а)-б) обычный режим; в) синхронный режим. Ось ординат представлена значениями отсчетов АЦП; ось абсцисс указана в миллисекундах (мс).

На рисунке 4 представлены фрагменты сигналов на выходе макета системы стробоскопической обработки в обычном супергетеродинном (рис.4,а) и «синхронном» (рис.4,б и рис.4,в) режимах. Фрагмент 3б получен в классическом режиме работы стробоскопической РЛС при синхронизации частоты повторения исследуемого сигнала 2-й гармоникой промежуточной частоты . Это приводит к появлению в сигнале линейного фазового сдвига, который проявляется, как видно из рисунка, в виде модуляции огибающей выходного сигнала схемы радиоимпульсного стробирования.

Отметим, что паразитный фазовый сдвиг может быть устранен при синхронизации гармоникой частоты следования стробирующих радиоимпульсов. Этот режим иллюстрирует рис.4,в, на котором приведена осциллограмма сигнала на выходе макета стробоскопического преобразователя при F_т = 20 кГц. Из рисунка видно, что амплитуда сигнала увеличена по сравнению с обычным режимом (рис.4,а) в среднем на 3 дБ.

Заключение

Произведено полунатурное моделирование работы системы стробоскопической обработки широкополосных радиосигналов в синхронном режиме. Схема обладает высокой чувствительностью к фазе колебаний и позволяет преобразовывать внутриимпульсную фазовую структуру радиосигнала в модуляцию огибающей без применения фазочувствительных элементов.

Представлены фрагменты осциллограмм, из которых видно, что применение синхронного режима в классической схеме работы стробоскопического преобразователя, приводит к паразитной фазовой модуляции и искажениям формы огибающей выходного сигнала. Показано, что при переводе схемы радиоимпульсного стробирования в синхронный режим, гармоникой промежуточной частоты необходимо синхронизировать не тактовую частоту системы, а частоту повторения стробирующего радиоимпульса, что не очевидно при традиционном асимптотическом анализе.

Литература

1. Найденов А.И. Трансформация спектра наносекундных импульсов. _ М.: Сов. Радио, 1973 г., 180 с.

2. Захарченко В.Д. Вопросы теории стробоскопического преобразования узкополосных периодических сигналов. _ Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 1976. № 10.

3. Захарченко В.Д. Обработка сложных радиосигналов стробоскопическими методами. _ АН СССР. Радиотехника и электроника, №10, 1980 г. - С. 2099-2104.

4.Рыжков В.Ю., Захарченко В.Д. Стробоскопическая обработка широкополосных радиосигналов в приемном тракте систем ближней локации // Mетоды и устройства формирования и обработки сигналов в информационных системах: межвуз. сборник научных трудов/ под ред. Ю.Н. Паршина. - Рязань: РГРТУ, 2015. - С. 5-8.

5. Захарченко В.Д., Пак О.В., Васильев А.Ф. Особенности работы стробоскопического преобразователя радиосигналов в фазочувствительном режиме // Радиолокация, радионавигация, связь: Сборник докладов XXII Международной НТК (RLNC-2016). Т.1. - Воронеж: Изд-во НПФ «САКВОЕЕ» ООО, 2016. - C. 355-360.

6. Радзиевский В. Г., Трифонов П. А. Обработка сверхширокополосных сигналов и помех. М.: Радиотехника, 2009. - 288 с.

7. Астанин Л.Ю., Костылев А.А. Основы сверхширокополосных радиолокационных измерений. _ М: Радио и связь, 1989. - 192 с

References

1. Belocerkovskij G.B. Osnovy radiolokacii i radiolokacionnye ustrojstva. M.: Sov. radio, 1975.- 336 p.

2. Radzievskij V. G., Trifonov P. A. Obrabotka sverhshirokopolosnyh signalov i pomeh. M.: Radiotehnika, 2009. - 288 p.

3. Pak O.V., Zaharchenko V.D. Modelirovanie radioimpul'snogo stroboskopicheskogo preobrazovatelja. //Metody i ustrojstva formirovanija i obrabotki signalov v informacionnyh sistemah: Mezhvuz. sbornik nauchnyh trudov/ Pod. red. prof. Ju. N. Parshina, 2010.- p. 5-8.

4. Ryzhkov V.Ju., Zaharchenko V.D. Stroboskopicheskaja obrabotka shirokopolosnyh radiosignalov v priemnom trakte sistem blizhnej lokacii // Metody i ustrojstva formirovanija i obrabotki signalov v informacionnyh sistemah: mezhvuz. sbornik nauchnyh trudov/ pod red. Ju.N. Parshina. - Rjazan': RGRTU, 2015. - p. 5-8.

5. Zaharchenko V.D., Pak O.V., Vasil'ev A.F. Osobennosti raboty stroboskopicheskogo preobrazovatelja radiosignalov v fazochuvstvitel'nom rezhime // Radiolokacija, radionavigacija, svjaz': Sbornik dokladov XXII Mezhdunarodnoj NTK (RLNC-2016). T.1. - Voronezh: Izd-vo NPF «SAKVOEE» OOO, 2016. - p. 355-360.

6. Radzievskij V. G., Trifonov P. A. Obrabotka sverhshirokopolosnyh signalov i pomeh. M.: Radiotehnika, 2009. - 288 p.

7. Astanin L.Ju., Kostylev A.A. Osnovy sverhshirokopolosnyh radiolokacionnyh izmerenij. M: Radio i svjaz', 1989. - 192 p.

Размещено на Allbest.ru